实验6

一、实验结论

1. 实验任务1

程序源代码

contestant.hpp

#pragma once
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <string>

struct Contestant {
    long   id;              // 学号
    std::string name;       // 姓名
    std::string major;      // 专业
    int    solved;          // 解题数
    int    penalty;         // 总罚时
};

// 重载<<
// 要求：姓名/专业里不含空白符
inline std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Contestant& c) {
    out << std::left;
    out << std::setw(15) << c.id
        << std::setw(15) << c.name
        << std::setw(15) << c.major
        << std::setw(10) << c.solved
        << std::setw(10) << c.penalty;

    return out;
}

// 重载>>
inline std::istream& operator>>(std::istream& in, Contestant& c) {
    in >> c.id >> c.name >> c.major >> c.solved >> c.penalty;

    return in;
}

utils.hpp

#pragma once
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <string>
#include <vector>
#include "contestant.hpp"

// ACM 排序规则：先按解题数降序，再按罚时升序
inline bool cmp_by_solve(const Contestant& a, const Contestant& b) {
    if(a.solved != b.solved)
        return a.solved > b.solved;

    return a.penalty < b.penalty;
}

// 将结果写至任意输出流
inline void write(std::ostream& os, const std::vector<Contestant>& v) {
    for (const auto& x : v) 
        os << x << '\n';
}

// 将结果打印到屏幕
inline void print(const std::vector<Contestant>& v) {
    write(std::cout, v);
}

// 将结果保存到文件
inline void save(const std::string& filename, const std::vector<Contestant>& v) {
    std::ofstream os(filename);
    if (!os) 
        throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

    write(os, v);
}

// 从文件读取信息（跳过标题行）
inline std::vector<Contestant> load(const std::string& filename) {
    std::ifstream is(filename);
    if (!is) 
        throw std::runtime_error("fail to open " + filename);

    std::string line;
    std::getline(is, line);          // 跳过标题

    std::vector<Contestant> v;
    Contestant t;
    int seq;
    while (is >> seq >> t) 
        v.push_back(t);

    return v;
}

task1.cpp

#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <vector>
#include "contestant.hpp"
#include "utils.hpp"

const std::string in_file = "./data.txt";
const std::string out_file = "./ans.txt";

void app() {
    std::vector<Contestant> contestants;

    try {
        contestants = load(in_file);                                      
        std::sort(contestants.begin(), contestants.end(), cmp_by_solve); 
        print(contestants);      
        save(out_file, contestants);                         
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << e.what() << '\n';
        return;
    }
}

int main() {
    app();
}

运行测试截图

问题1：流操作与代码复用

观察 print() 与 save() 的实现，均在内部调用 write() ：

（1） write() 的参数类型是 std::ostream& ，它为什么能同时接受 std::cout 和 std::ofstream 对象作为实参？

因为C++中的多态性和继承机制。

继承关系：std::ofstream（文件输出流）和std::cout（标准输出流）都继承自std::ostream（输出流基类）

多态性：std::ostream&是基类引用，可以绑定到任何派生类对象

接口一致性：两者都实现了std::ostream的接口，包括<<操作符重载等

（2）如果要把结果写到其他设备，只要该设备也提供 std::ostream 接口，还需改动 write() 吗？

不用。write()函数只依赖于std::ostream抽象接口，不依赖具体实现

问题2：异常处理与捕获

在代码中找到两处 throw 语句，说明：

（1） 什么情况下会抛出异常；

当尝试打开输出文件失败时（如文件路径错误、权限不足等）

（2） 异常被谁捕获、做了哪些处理。

异常在app()函数中被捕获。捕获所有std::exception及其派生类的异常，将异常信息输出到标准错误流std::cerr，立即从app()函数返回，终止当前操作，向用户显示具体的错误信息，便于问题定位

问题3：替代写法

函数 app 中 std::sort(contestants.begin(), contestants.end(), cmp_by_solve); 参数cmp_by_solve 换成下面的lambda表达式是否可以？功能、性能、结果是否一致？

[](const Contestant& a, const Contestant& b) {
    return a.solved != b.solved ? a.solved > b.solved
                                : a.penalty < b.penalty;}

可以替换，功能、性能、结果完全一致。

问题4：数据完整性与代码健壮性

把 in_file 改成 "./data_bad.txt" （内含空白行或字段缺失），重新编译运行：

（1）观察运行结果有什么问题？给出测试截图并分析原因。

遇到格式错误的数据行时，流状态会被置为fail，后续读取操作被跳过，错误行之后的所有数据都无法正确读取

2.实验任务2

程序源代码

student.hpp

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>

class Student {
public:
    Student() = default;
    ~Student() = default;
    const std::string get_major() const;
    int get_grade() const;
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Student& s);
    friend std::istream& operator>>(std::istream& is, Student& s);
private:
    int id;
    std::string name;
    std::string major;
    int grade; // 0-100
};

student.cpp

#include "student.hpp"
#include <string>

const std::string Student::get_major() const {
    return major;
}

int Student::get_grade() const {
    return grade;
}

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Student& s) {
    os << s.id << " " << s.name << " " << s.major << " " << s.grade;
    return os;
}

std::istream& operator>>(std::istream& is, Student& s) {
    is >> s.id >> s.name >> s.major >> s.grade;
    return is;
}

stumgr.hpp

#pragma once
#include <string>
#include <vector>
#include "student.hpp"

class StuMgr {
public:
    void load(const std::string& file); // 加载数据文件（空格分隔）
    void sort(); // 排序: 按专业字典序升序、同专业分数降序
    void print() const; // 打印到屏幕
    void save(const std::string& file) const; // 保存到文件
private:
    void write(std::ostream &os) const; // 把数据写到任意输出流
private:
    std::vector<Student> students;
};

stumgr.cpp

#include "stumgr.hpp"
#include <fstream>
#include <algorithm>
#include <stdexcept>
#include <sstream>
#include <iostream>

void StuMgr::load(const std::string& file) {
    std::ifstream fin(file);
    if (!fin.is_open()) {
        throw std::runtime_error("fail to open " + file);
    }

    students.clear();
    std::string line;

    // 跳过标题行（如果有）
    std::getline(fin, line);

    Student s;
    while (fin >> s) {
        // 检查成绩是否在有效范围内
        if (s.get_grade() < 0 || s.get_grade() > 100) {
            throw std::runtime_error("成绩值无效: " + std::to_string(s.get_grade()));
        }
        students.push_back(s);
    }
    fin.close();
}

void StuMgr::sort() {
    std::sort(students.begin(), students.end(), 
        [](const Student& a, const Student& b) {
            if (a.get_major() != b.get_major()) {
                return a.get_major() < b.get_major();
            }
            return a.get_grade() > b.get_grade();
        });
}

void StuMgr::print() const {
    write(std::cout);
}

void StuMgr::save(const std::string& file) const {
    std::ofstream fout(file);
    if (!fout.is_open()) {
        throw std::runtime_error("fail to open " + file);
    }
    write(fout);
    fout.close();
}

void StuMgr::write(std::ostream& os) const {
    for (const auto& s : students) {
        os << s << '\n';
    }
}

task2.cpp

#include <iostream>
#include <limits>
#include <string>
#include "stumgr.hpp"

const std::string in_file = "./data.txt";
const std::string out_file = "./ans.txt";

void menu() {
    std::cout << "\n**********简易应用**********\n"
                 "1. 加载文件\n"
                 "2. 排序\n"
                 "3. 打印到屏幕\n"
                 "4. 保存到文件\n"
                 "5. 退出\n"
                 "请选择：";
}

void app() {
    StuMgr mgr;
    while(true) {
        menu();
        int choice;
        std::cin >> choice;
        try {
            switch (choice) {
            case 1: mgr.load(in_file);
                    std::cout << "加载成功\n"; break;
            case 2: mgr.sort();
                    std::cout << "排序已完成\n"; break;
            case 3: mgr.print();
                    std::cout << "打印已完成\n"; break;
            case 4: mgr.save(out_file);
                    std::cout << "导出成功\n"; break;
            case 5: return;
            default: std::cout << "不合法输入\n";
            }
        }
        catch (const std::exception& e) {
            std::cout << "Error: " << e.what() << '\n';
        }

        // 清除输入缓冲区
        std::cin.ignore(std::numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n');
    }
}

int main() {
    app();
    return 0;
}

运行测试截图