实验1 现代C++编程初体验
实验任务一
代码
验证性实验。
在C++编码环境中，输入、运行并观察以下代码，结合运行结果和注释，体验使用C++标准库进行编程的便捷性。从面
向对象编程范式的角度，体会封装与基于接口编程的意义。
task1.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
template<typename T>
void output(const T &c);
void test1();
void test2();
void test3();
int main() {
std::cout << "测试1: \n";
test1();
std::cout << "\n测试2: \n";
test2();
std::cout << "\n测试3: \n";
test3();
}
template <typename T>
void output(const T &c) {
for(auto &i : c)
std::cout << i << ' ';
std::cout << '\n';
}
void test1() {
using namespace std;
string s0{"0123456789"};
cout << "s0 = " << s0 << endl;
string s1(s0);
reverse(s1.begin(), s1.end());
cout << "s1 = " << s1 << endl;
string s2(s0.size(), ' ');
reverse_copy(s0.begin(), s0.end(), s2.begin());
cout << "s2 = " << s2 << endl;
}
void test2() {
using namespace std;
vector<int> v0{2, 0, 4, 9};
cout << "v0: "; output(v0);
vector<int> v1{v0};
reverse(v1.begin(), v1.end());
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
reverse_copy(v0.begin(), v0.end(), v2.begin());
cout << "v2: "; output(v2);
}
void test3() {
using namespace std;
vector<int> v0{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
cout << "v0: "; output(v0);
vector<int> v1{v0};
rotate(v1.begin(), v1.begin()+1, v1.end());
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
rotate(v2.begin(), v2.begin()+2, v2.end());
cout << "v2: "; output(v2);
vector<int> v3{v0};
rotate(v3.begin(), v3.end()-1, v3.end());
cout << "v3: "; output(v3);
vector<int> v4{v0};
rotate(v4.begin(), v4.end()-2, v4.end());
cout << "v4: "; output(v4);
}
测试
其运行结果如下图：
回答问题
问题1： reverse 和 reverse_copy 有什么区别？
答：reverse是直接将对象反转（会直接修改这个对象），而reverse_copy则是将对象反转保存一个副本，并将这个副本赋值给另一个对象。
问题2： rotate 算法是如何改变元素顺序的？它的三个参数分别代表什么？
答：rotate将集合中（通过迭代器指定范围）的数据循环左移，效果类似于旋转环上的指针。三个参数均为迭代器，第一个参数是区间的起始位置，第二个参数是旋转后的起始位置，第三个参数是区间的末位置。
实验任务二
代码
验证性实验。
在C++编码环境中，输入、运行并观察以下代码，体验使用C++标准库高效完成数据赋值、排序和基本统计。
task2.cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
template<typename T>
void output(const T &c);
int generate_random_number();
void test1();
void test2();
int main() {
std::srand(std::time(0));
std::cout << "测试1: \n";
test1();
std::cout << "\n测试2: \n";
test2();
}
template <typename T>
void output(const T &c) {
for(auto &i: c)
std::cout << i << ' ';
std::cout << '\n';
}
int generate_random_number() {
return std::rand() % 101;
}
void test1() {
using namespace std;
vector<int> v0(10);
generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number);
cout << "v0: "; output(v0);
vector<int> v1{v0};
sort(v1.begin(), v1.end());
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
sort(v2.begin()+1, v2.end()-1);
cout << "v2: "; output(v2);
}
void test2() {
using namespace std;
vector<int> v0(10);
generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number);
cout << "v0: "; output(v0);
auto min_iter = min_element(v0.begin(), v0.end());
auto max_iter = max_element(v0.begin(), v0.end());
cout << "最小值: " << *min_iter << endl;
cout << "最大值: " << *max_iter << endl;
auto ans = minmax_element(v0.begin(), v0.end());
cout << "最小值: " << *(ans.first) << endl;
cout << "最大值: " << *(ans.second) << endl;
double avg1 = accumulate(v0.begin(), v0.end(), 0.0) / v0.size();
cout << "均值: " << fixed << setprecision(2) << avg1 << endl;
sort(v0.begin(), v0.end());
double avg2 = accumulate(v0.begin()+1, v0.end()-1, 0.0) / (v0.size()-2);
cout << "去掉最大值、最小值之后，均值: " << avg2 << endl;
}
测试
其运行结果如下图：
回答问题
问题1：generate 算法的作用是什么？
答：generate方法可以通过一个随机种子，给集合的一个区间（迭代器指定）生成随机值。
问题2：minmax_element 和分别调用 min_element 、 max_element 相比，有什么优势？
答：minmax_element方法可以同时获取集合中指定范围内的最大值和最小值，通过成员属性first和second可以获取，其中first对应最小值，second对应最大值。min_element 、 max_element只能单独获取最大值和最小值的迭代器指向。
问题3：查询 generate 第3个参数 [](){return std::rand()%101;} 用法，与使用自定义函数 generate_random_number 相比，lambda表达式适用场景是什么？
答：[](){return std::rand()%101;}是C++中的lambda表达式，这个表达式无形参，返回0-100中的一个随机数。相比较之下，使用lambda表达式要比使用自定义函数更加简洁，特别是当函数逻辑简单，或者需要捕获局部变量的情况下用lambda表达式很方便。
实验任务三
代码
验证性实验。
在C++编码环境中，输入、运行并观察以下代码，体验使用C++标准库高效完成字符串变换操作。
task3.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cctype>
unsigned char func(unsigned char c);
void test1();
void test2();
int main() {
std::cout << "测试1: 字符串大小写转换\n";
test1();
std::cout << "\n测试2: 字符变换\n";
test2();
}
unsigned char func(unsigned char c) {
if(c == 'z')
return 'a';
if(c == 'Z')
return 'A';
if(std::isalpha(c))
return static_cast<unsigned char>(c+1);
return c;
}
void test1() {
std::string s1{"Hello World 2049!"};
std::cout << "s1 = " << s1 << '\n';
std::string s2;
for(auto c: s1)
s2 += std::tolower(c);
std::cout << "s2 = " << s2 << '\n';
std::string s3;
for(auto c: s1)
s3 += std::toupper(c);
std::cout << "s3 = " << s3 << '\n';
}
void test2() {
std::string s1{"I love cosmos!"};
std::cout << "s1 = " << s1 << '\n';
std::string s2(s1.size(), ' ');
std::transform(s1.begin(), s1.end(),
s2.begin(),
func);
std::cout << "s2 = " << s2 << '\n';
}
测试
其运行结果如下图：
回答问题
问题1：自定义函数 func 功能是什么？
答：func方法为std::transform方法提供了一个转换规则——将char英文字符向后移动一位，即如果是 a，则转换为 a 的下一位 b，如果达到了z或Z ，则回到a或A。
问题2：tolower 和 toupper 功能分别是什么？
答：std::tolower将一个英文字符转换为小写英文字符，std::toupper则是将一个英文字符转换为大写英文字符。
问题3：transform 的4个参数意义分别是什么？如果把第3个参数 s2.begin() 改成 s1.begin() ，有何区别？
答：第一个和第二个参数是第一段输入区间，第三个参数是第二段输入区间，不必指定结束位置，但长度必须相同，第四个参数是覆盖方式，也就是采取何种方式修改原元素，这里就是移一位字符。将第三个参数改为s1.begin()就相当于在原基础上修改，也就是原来的s1被替换为了按规则修改后的新字符串。
实验任务四
代码
编写函数，实现判断回文串。是返回 true ，否则，返回 false 。
在 main 函数中调用，输入字符串，调用其判断，输出结果。要求支持多组输入。
严格区分大小写： bool is_palindrome(const std::string &s)
不区分大小写： bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s)
Tips:参考验证性实验任务3，思考如何运用字符串变换来实现「不区分大小写回文」判断。
task4.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
bool is_palindrome(const std::string &s);
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s);
int main() {
using namespace std;
string s;
// 多组输入，直到按下Ctrl+Z结束测试
while(cin >> s) {
cout << boolalpha
<< "区分大小写: " << is_palindrome(s) << "\n"
<< "不区分大小写: " << is_palindrome_ignore_case(s) << "\n\n";
}
}
bool is_palindrome(const std::string &s) {
int i = 0, j = s.size() - 1;
while(i<=j){
if(s[i++]!=s[j--]){
return false;
}
}
return true;
}
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s){
int i = 0, j =s.size() - 1;
std::string temp;
std::transform(s.begin(),s.end(),temp.begin(),::tolower);
while(i<=j){
if(temp[i++]!=temp[j--]){
return false;
}
}
return true;
}
测试
其运行结果如下图：
回答问题
问题1：使用 cin >> s 输入时，输入的字符串中不能包含空格。如果希望测试字符串包含空格，如（ hello oop ），代码应如何调整？
答：std::cin >> s 会以空白字符（空格、制表、换行）为分隔符，因此读到第一个空格就停止。
要一口气把整行含空格的字符串读进来，改用 std::getline。
用法如下：
std::string s;
std::getline(std::cin, s);
使用这种方式就可以读取一整行。
如果之前用过 cin >> 读取过数字等，行尾残留的换行符会被 getline 当成空串读走。这种情况要先手动丢弃残留换行符。
方法如下：
int n;
std::cin >> n;
std::cin.ignore(); // 丢弃行尾 '\n'
std::string s;
std::getline(std::cin, s);
实验任务五
代码
编写程序实现进制转换。具体要求如下：
编写函数 std::string dec2n(x, n) 实现把一个十进制数x转换成n进制，结果以字符串形式返回。如果第2
个参数没有指定，默认转换成二进制。（本次实验，限定参数n取值区间为[2, 36]，限定参数x >= 0）
当n = 17，即17进制时，基数是0-9, A-G
当n = 18，即18进制时，基数是0-9, A-H
依次类推：
当n = 36, 即36进制时，基数是0-9, A-Z （即：10 -> A, 11->B, 12->C, …, 35->Z）
在main函数中，输入十进制整数，调用函数 dec2n 得到转换成指定进制的字符串，输出。要求支持多组输入。
待补足的代码：
task5.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
std::string dec2n(int x, int n = 2);
int main() {
int x;
while(std::cin >> x) {
std::cout << "十进制: " << x << '\n'
<< "二进制: " << dec2n(x) << '\n'
<< "八进制: " << dec2n(x, 8) << '\n'
<< "十二进制: " << dec2n(x, 12) << '\n'
<< "十六进制: " << dec2n(x, 16) << '\n'
<< "三十二进制: " << dec2n(x, 32) << "\n\n";
}
}
//以下代码为dec2n的实现
std::string dec2n(int x, int n){
if(x == 0){
return "0";
}
std::vector<char> set{
'A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K',
'L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W',
'X','Y','Z'};
std::string res = "";
std::vector<char> stack; //因为没导入stack头文件，故用vector模拟stack
while(x){
stack.emplace_back((x%n >= 10) ? set[x%n - 10] : x%n + '0');
x/=n;
}
while(!stack.empty()){
res+=stack.back();
stack.pop_back();
}
return res;
}
测试
其运行结果如下图：
实验任务六
代码
编写程序，在屏幕上打印字母密文对照表。
task6.cpp
#include <bits/stdc++.h>
int main(){
for(int i = 0; i <= 26; i++){
if(i == 0){
std::cout << std::setw(2) << ' ';
for(int j = 'a'; j <= 'z'; j++){
std::cout << std::setw(2) << static_cast<char>(j);
}
std::cout << std::endl;
} else {
std::cout << std::setw(2) << i;
int count = 0;
for(int j = 'A' + i; count < 26; j++, count++){
if(j > 'Z') j = 'A';
std::cout << std::setw(2) << static_cast<char>(j);
}
std::cout << std::endl;
}
}
return 0;
}
测试
其运行结果如下图：
实验任务七
代码
编写一个程序，实现自动生成小学生算术运算题目并自动评测。具体要求如下：
程序运行后，自动生成10道10以内的算术运算题。
运算式（包括=）在程序运行时自动生成。
运算式=右侧的答案由用户输入
算术运算包括：加、减、乘、除。生成题目时，运算随机。
两个操作数限制在[1, 10]区间内的整数。
题目是减法运算时，要求第一个操作数>=第二个操作数。
题目是除法运算时，要求第一个操作数能整除第二个操作数整除。
用户完成10道测试后，屏幕给出正确率，要求以百分号形式输出，保留小数点后两位。
多次运行程序时，每次生成的题目与上次不同。（Tips: 使用 srand(time(0)) 作为随机种子）
task7.cpp
#include <bits/stdc++.h>
#define LEN 10
class Calculation{
private:
//rx数组用于存储四种基本运算符
const std::vector<char> rx = {'+','-','*','/'};
//ans数组用于存储实际答案
std::vector<int> ans;
//input数组用于存储用户输入答案
std::vector<int> input;
//通过cul_corr_rate方法最终计算得出
float correct_rate;
//每轮游戏的算式个数
int length;
public:
Calculation(int len)
:length(len), correct_rate(0.0f){
//用于指定输出位数
std::cout.flags(std::ios::fixed);
std::cout.precision(2);
}
Calculation(const Calculation& o) = delete;
Calculation(Calculation&& o) = delete;
private:
int generate_calculation(){
std::srand(std::time(0));
int front = std::rand()%10;
int second = std::rand()%10;
//index用于获取选择哪个运算符
int index = std::rand()%4;
switch(index){
case 0:{
std::cout<< front << " + "<<
second << " = ";
ans.emplace_back(front + second);
return front + second;
break;
}
case 1:{
//减法确保大数在前
if(front < second){
std::swap(front, second);
}
std::cout<< front << " - "<<
second << " = ";
ans.emplace_back(front - second);
return front - second;
break;
}
case 2:{
std::cout<< front << " * "<<
second << " = ";
ans.emplace_back(front * second);
return front * second;
break;
}
case 3:{
//除法首先判断除数是否为0，如果为0，先
//重新生成，直到不是0为止；然后再判断
//除数和被除数的大小关系，如果被除数小于
//除数，则交换；最后检测这两个相除是否为0
//如果不为0，让second--，直到两数相除为0
while(!second){
second = std::rand()%10;
}
if(front < second){
std::swap(front, second);
}
while(front % second != 0){
second--;
}
std::cout<< front << " / "<<
second << " = ";
ans.emplace_back(front / second);
return front / second;
break;
}
}
}
//插入用户输入数据
void insert_input(int inp){
input.emplace_back(inp);
}
//计算最终正确率
void cul_corr_rate(){
int wrong = 0;
for(int i = 0;i < LEN;i++){
if(ans[i]!=input[i]){
wrong++;
}
}
correct_rate = static_cast<float>(LEN - wrong) / LEN;
std::cout<<"正确率："<<correct_rate * 100 <<"%"<<std::endl;
}
public:
//主流程
void play(){
if(length < 1){
std::cout<<"无效的长度，请重置次数。\n";
return;
}
int ins; //用于接受答案
while(length--){
generate_calculation();
std::cin>>ins;
insert_input(ins);
}
cul_corr_rate();
}
//想重复玩的话需要使用reset方法重置数据
void reset(int len){
ans.clear();
input.clear();
length = len;
correct_rate = 0.0f;
}
};
int main(){
Calculation c(LEN);
c.play();
return 0;
}
测试
其运行结果如下图：
实验结论
1. 实验任务1
程序功能概述：
通过使用 string、vector、迭代器和算法库（reverse、reverse_copy、rotate），验证了标准库在字符串和容器操作中的高效性与便捷性。
2. 实验任务2
程序功能概述：
使用 generate 生成随机数，sort 排序，min_element、max_element、minmax_element 进行极值查找，accumulate 求和，展示了标准库在数据处理与统计中的强大能力。
3. 实验任务3
程序功能概述：
通过 tolower、toupper 和 transform 实现字符串的大小写转换及字符映射，体验标准库对字符处理的封装与便捷性。
4. 实验任务4
程序功能概述：
实现回文串判断，支持区分大小写和不区分大小写两种模式，练习字符串处理与算法组合。
5. 实验任务5
程序功能概述：
实现 dec2n 函数，将十进制数转换为任意进制（2~36），支持默认转换为二进制，练习字符串构造与字符映射。
6. 实验任务6
程序功能概述：
输出字母移位对照表，体验循环移位与字符数组操作，理解凯撒密码式映射的构造方式。
7. 实验任务7
程序功能概述：
自动生成 10 道带加减乘除的算术题，支持用户输入答案并自动评分，练习随机数生成、条件控制与输入处理。
总体结论：
本实验通过 7 个任务，系统体验了现代 C++ 标准库在字符串处理、容器操作、算法应用、随机数生成等方面的强大功能。相比传统 C 风格编程，C++ 标准库提供了更安全、简洁、高效的编程方式。通过动手实践，进一步加深了对迭代器、算法、lambda 表达式、模板函数等核心概念的理解，为后续深入学习打下了良好基础。
浙公网安备 33010602011771号