实验1 现代C++编程初体验

实验1 现代C++编程初体验

实验一

源代码：

#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);
}

运行测试截图：

回答问题：

问题1：reverse 和 reverse_copy 有什么区别？

     答：reverse直接反转了输入的字符串元素，修改了原容器本身；

            reverse_copy将输入的字符串元素反转后复制到目标容器，不修改原容器内容。

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算法调整了元素顺序：把从第一个参数位置开始，到第二个参数位置之前的所有元素，整体移到第三个参数位置的后面。

            第一个参数：要移位的元素范围的起始处

            第二个参数：移位后，放在最前面的元素的原来位置

            第三个参数：要移位的元素范围的结束处，即最后一个元素的下一位

实验二

源代码：

#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;
}

运行测试截图：

 回答问题：

 问题1： generate 算法的作用是什么？

     答：用指定函数生成的值依次填充容器中指定范围的元素，本代码中指定范围为数组头尾位置，指定函数为一个可以生成随机数的函数。

问题2： minmax_element 和分别调用 min_element 、 max_element 相比，有什么优势？

     答：minmax_element 只需遍历一次容器，就能就能同时找到最小值和最大值的迭代器，而分别调用 min_element 、 max_element 需要需要遍历容器两次，当元素数量很多的情况下，使用minmax_element降低了算法的时间复杂度。

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？

generate(v0.begin(), v0.end(), [](){return std::rand()%101;});

     答：用法：这是一个无参数的 lambda 表达式，功能与自定义函数 generate_random_number 完全相同，都是生成一个 0-100 范围的随机数；

            使用场景：当代码逻辑简单、且只当前位置使用一次 时，用 lambda 表达式更简洁，无需单独定义函数，减少代码编写者负担。

实验三

源代码：

#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';
}

测试运行截图：

回答问题：

问题1：自定义函数 func 功能是什么？

    答：若字符为z/Z，返回a/A；若字符为其他字母，返回其同大小写的后一个字母；不是字母则保持原字符不变。

问题2： tolower 和 toupper 功能分别是什么？

    答：tolower将大写字母转为小写字母；toupper将小写字母转为大写字母；非字母保持不变

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：待处理字符起始位置，待处理字符结束位置（不包含），处理后的字符存放的起始位置，处理字符的方法；原代码中 s2.begin（） 表示将操作结果存到新字符串 s2 中，s1 保持不变；若改为 s1.begin（），则操作结果会直接覆盖原字符串 s1 中的内容，导致 s1 的原始数据丢失。

实验四

源代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cctype>

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 << "区分大小写：" << boolalpha << is_palindrome(s) << "\n";
        cout << "不区分大小写：" << is_palindrome_ignore_case(s) << "\n\n";
    }
}
// 函数is_palindrome定义
bool is_palindrome(const std::string& s) {
    int left = 0, right = s.size() - 1;
    while (left < right) {
        if (s[left] != s[right]) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}
// 函数is_palindrome_ignore_case定义
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string& s) {
    std::string temp = s;
    std::transform(temp.begin(), temp.end(), temp.begin(), ::tolower);
    int left = 0, right = temp.size() - 1;
    while (left < right) {
        if (temp[left] != temp[right]) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}

运行测试截图：

回答问题：

（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 hellooop ），代码应如何调整？

           答：可以把 cin >> s 换成 getline(cin, s)，因为 cin >> s 会以空格为分隔符停止读取字段，而 getline 可读取包括空格在内的一整行内容。

实验五

源代码：

#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";
    }
}

// 函数dec2n定义
std::string dec2n(int x, int n) {
    if (x == 0) {
        return "0";
    }

    std::string result;
    while (x > 0) {
        int remainder = x % n;
        char digit;

        if (remainder < 10) {
            digit = '0' + remainder;
        }
        else {
            digit = 'A' + remainder - 10;
        }

        result.push_back(digit);
        x /= n;
    }

    std::reverse(result.begin(), result.end());
    return result;
}

测试运行截图：

 实验六

源代码：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    cout << "  ";
    for (int i = 0; i < 26; i++) {
        cout << char('a' + i);
        if (i < 25) cout << " ";  
    }
    cout << endl;

    string str = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    for (int i = 1; i <= 26; i++) {
        cout << i;  

        for (int j = 0; j < 26; j++) {
            int index = (j + i) % 26;  
            cout << " " << str[index];  
        }
        cout << endl;
    }

    return 0;
}

测试运行截图：

实验七：

源代码：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main() {
    srand(static_cast<unsigned int>(time(0)));

    int correctCount = 0;
    const int questions = 10;

    for (int i = 0; i < questions; ++i) {
        int num1 = rand() % 10 + 1;
        int num2 = rand() % 10 + 1;
        int op = rand() % 4;

        int answer, canswer;
        char opChar;

        switch (op) {
        case 0: 
            opChar = '+';
            canswer = num1 + num2;
            break;
        case 1: 
            if (num1 < num2) {
                swap(num1, num2);
            }
            opChar = '-';
            canswer = num1 - num2;
            break;
        case 2: 
            opChar = '*';
            canswer = num1 * num2;
            break;
        case 3: 
            while (num2 == 0 || num1 % num2 != 0) {
                num1 = rand() % 10 + 1;
                num2 = rand() % 10 + 1;
            }
            opChar = '/';

            canswer = num1 / num2;
            break;
        }

        cout << num1 << " " << opChar << " " << num2 << " = ";
        cin >> answer;

        if (answer == canswer) {
            correctCount++;
        }
    }

    double accuracy = static_cast<double>(correctCount) / questions * 100;
    cout << "正确率：" << fixed << setprecision(2) << accuracy << "%" << endl;

    return 0;
}

测试运行截图：

实验总结：

 （1）c++中有许多已经封装好的可以直接使用的函数，使得程序代码变得简洁，但是增加了程序员的记忆负担，需要在一次次的使用中加深印象并且学会使用（此事在前后端开发中亦有记载，什么功能都有，但是要用的时候记不起来）

（2）C++标准库的使用中容器与算法的分离设计有效的提升了代码灵活性，比如同样的sort算法，既能排序vector字段，也能排序string字段，泛用性强。

（3）这些实验灵活组合使用现代C++基础语言特性和标准库，使我慢慢开始从c语言到c++语法的转变并且能够用c++解决基础的编程问题。