实验1

四.实验结论

 

实验任务1：

源代码task1.cpp：

// 现代C++标准库、算法库体验
// 本例用到以下内容:
// 1. 字符串string, 动态数组容器类vector、迭代器
// 2. 算法库：反转元素次序、旋转元素
// 3. 函数模板、const引用作为形参
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
// 模板函数声明
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();
}
// 输出容器对象c中的元素
template <typename T>
void output(const T &c) {
for(auto &i : c)
std::cout << i << ' ';
std::cout << '\n';
}
// 测试1：组合使用算法库、迭代器、string反转字符串
void test1() {
using namespace std;
string s0{"0123456789"};
cout << "s0 = " << s0 << endl;
string s1(s0);
// 反转s1自身
reverse(s1.begin(), s1.end());
cout << "s1 = " << s1 << endl;
string s2(s0.size(), ' ');
// 将s0反转后结果拷贝到s2, s0自身不变
reverse_copy(s0.begin(), s0.end(), s2.begin());
cout << "s2 = " << s2 << endl;
}
// 测试2：组合使用算法库、迭代器、vector反转动态数组对象vector内数据
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());
//程序正确录入、编译后，运行测试结果：
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
reverse_copy(v0.begin(), v0.end(), v2.begin());
cout << "v2: "; output(v2);
}
// 测试3：组合使用算法库、迭代器、vector实现元素旋转移位
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};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环左移1位
rotate(v1.begin(), v1.begin()+1, v1.end());
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环左移2位
rotate(v2.begin(), v2.begin()+2, v2.end());
cout << "v2: "; output(v2);
vector<int> v3{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环右移1位
rotate(v3.begin(), v3.end()-1, v3.end());
cout << "v3: "; output(v3);
vector<int> v4{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环右移2位
rotate(v4.begin(), v4.end()-2, v4.end());
cout << "v4: "; output(v4);
}

运行结果：

问题1：reverse 直接在原容器上把元素原地倒序，会改原数据；reverse_copy 不动原容器，而是把反转后的结果复制到另一个目标容器里。

问题2：rotate 是把一段区间分成前后两截，然后整体交换位置，就是后半截搬到前面，前半截挪到后面，两段内部各自顺序不变，其实也相当于循环左移。

     　　三个参数依次是：区间开头t、旋转后要放到第一位的那个元素、区间末尾后一位。

 

实验任务2：

源代码task2.cpp：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <ctime>

// 模板函数声明
template<typename T>
void output(const T &c);

int generate_random_number();
void test1();
void test2();

int main() {
    std::srand(std::time(0));    // 添加随机种子
    std::cout << "测试1: \n";
    test1();

    std::cout << "\n测试2: \n";
    test2();
}

// 输出容器对象c中的元素
template <typename T>
void output(const T &c) {
    for(auto &i: c)
        std::cout << i << ' ';
    std::cout << '\n';
}

// 返回[0, 100]区间内的一个随机整数
int generate_random_number() {
    return std::rand() % 101;
}

// 测试1：对容器类对象指定迭代器区间赋值、排序
void test1() {
    using namespace std;

    vector<int> v0(10);  // 创建一个动态数组对象v0, 对象大小为10
    generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number); // 生成随机数填充v0
    cout << "v0: "; output(v0);

    vector<int> v1{v0};
    sort(v1.begin(), v1.end()); // 对整个vector排序
    cout << "v1: "; output(v1);

    vector<int> v2{v0};
    sort(v2.begin()+1, v2.end()-1); // 只对中间部分排序，不包含首尾元素
    cout << "v2: "; output(v2);
}

// 测试2：对容器类对象指定迭代器区间赋值、计算最大值/最小值/均值
void test2() {
    using namespace std;

    vector<int> v0(10);  
    generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number); 
    cout << "v0: "; output(v0);

    // 求最大值和最小值
    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;

    // 同时求最大值和最小值
    auto ans = minmax_element(v0.begin(), v0.end());
    cout << "最小值: " << *(ans.first) << endl;
    cout << "最大值: " << *(ans.second) << endl;

    // 求平均值
    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;
}

运行结果：

问题1：generate 就是对一个指定区间里的每个位置，反复调用它第三个参数传进来的那个生成函数，把返回值依次填进去。这里就是用它把 [0,100] 的随机数批量填进 vector，省得自己写循环 push_back 了。

问题2：分开调用要遍历两遍容器，minmax_element 内部只遍历一遍就同时把最大最小值都找出来了，效率更高。

问题3：lambda 本质就是个临时的小函数，适合那种逻辑特别短、就这一处用一次、不值得专门起个函数名的情况。像这里就一行 rand()%101，直接在调用 generate 的地方写 lambda，代码看下来不用跳来跳去，上　　　　　　　　　　　　    　　 下文很集中。如果这个随机数生成逻辑别的地方还要接着用，那还是单独写个函数更清楚。

 

实验任务3：

源代码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';
}

运行结果：

问题1：func 是把每个字母往后挪一位 ，就是a 变 b、b 变 c，然后一直到 y 变 z；z 特殊处理成 a,Z特殊处理成A。非字母的字符原样不动。所以 "I love cosmos!" 跑出来变成 "J mpwf dptnpt!"，就是每个字母顺移         　  一位的效果。

问题2：tolower 是把大写字母转成小写，已经是小写的就原样返回；toupper 反过来，把小写字母转成大写，大写原样。

问题3：四个参数依次是：源区间起点、源区间终点、结果存放的起点、对每个元素做变换的函数。它就是把源区间里每个元素都过一遍变换函数，结果写到第三个参数指的地方。

             如果把第三个参数改成 s1.begin ()，那就不是写到 s2 了，而是直接写回 s1 自己身上，相当于原地变换 —— 变换后的结果覆盖掉原字符串。区别就是一个另存到新串、一个改原串。

 

实验任务4：

源代码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";
    }     
}


// 函数is_palindrome定义
bool is_palindrome(const std::string &s) {
    int i = 0;
    int j = (int)s.size() - 1;
    while (i < j) {
        if (s[i] != s[j]){
            return false;
        };
        i++;
        j--;
    }
    return true;
}


// 函数is_palindrome_ignore_case定义
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s) {
    int i = 0;
    int j = (int)s.size() - 1;
    while (i < j) {
        if (std::tolower(s[i]) != std::tolower(s[j])){
            return false;
        }
        i++;
        j--;
    }
    return true;
}

运行结果：

问题：改成用 getline(cin, s) 就行，它会读一整行直到回车为止，中间的空格会一起读进来。

 

实验任务5：

源代码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"; 
    }
}

// 函数dec2n定义
std::string dec2n(int x, int n) {
    if(x == 0) {
        return "0";
    }
    std::string table = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    std::string res;
    while(x > 0) {
        int rem = x % n;
        res += table[rem];
        x = x / n;
    }
    std::reverse(res.begin(), res.end());
    return res;
}

运行结果：

 

实验任务6：

源代码task6.cpp：

#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;
int main() {
    for (int i=0;i<=26;++i){
        if (i==0){
            cout<<"   ";
            for(int j=0;j<26;++j){
                cout<<(char)('a'+j)<<' ';
            }
        } 
        else{
            cout<<setw(2)<<i<<' ';
            for (int j=0;j<26;++j){
                char c='A'+(i+j)%26;
                cout<<c<<' ';
            }
        }
        cout<<endl;
    }
    return 0;
}

运行结果：

 

实验任务7：

源代码task7.cpp：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <iomanip>
using namespace std;
int main() {
    srand(static_cast<unsigned>(time(nullptr)));

    int total=10;   
    int correct=0;   

    for(int i =0;i<total;++i) {
        int a=rand()%10+1;
        int b=rand()%10+1;

        int op=rand()%4;
        char opChar;
        int answer;

        switch(op){
            case 0:
                opChar='+';
                answer=a+b;
                break;

            case 1:
                opChar='-';
                if (a<b){
                    int t=a;
                    a=b; 
                    b=t;
                }
                answer =a-b;
                break;

            case 2:  
                opChar='*';
                answer=a*b;
                break;

            case 3:  
                opChar='/';
                b=rand()%10+1;
                int max=10/b;           
                int number=rand()%max+1;
                a = b*number;                    
                answer=a/b;
                break;
        }

        cout<<a<<opChar<<b<<"= ";
        int userAnswer;
        cin>>userAnswer;

        if(userAnswer==answer){
            ++correct;
        }
    }

    double rate=static_cast<double>(correct)/total*100.0;
    cout<<"正确率："<<fixed<<setprecision(2)<<rate<<"%\n";

    return 0;
}

运行结果：

 

五.实验总结

这次实验最大的收获是真正体会到了 C++ 标准库的方便。以前反转字符串、排序数组都要自己手写循环，这次用reverse、sort、rotate这些算法函数，一行调用就搞定，而且不用担心边界写错。特别是函数模板，写一个output<T>()函数就能同时输出vector和string，比以前重复写好几个版本舒服多了。

任务 5 进制转换和任务 6 密码表花的时间最多。进制转换一开始没想到 "除基取余倒序排列"，绕了弯路；任务 6 没搞清楚行号和移位量的对应关系，跑出来和截图对不上，后来对着规律一行行才调对。这两个任务让我明白，写之前先把规律想清楚再动手，比上来就写效率高。

还有几个疑问以后想搞清楚：lambda 表达式除了写起来短，到底在什么场景下非用不可？vector的迭代器为什么要传begin()和end()两个参数而不是直接传容器？模板函数是不是每个用到的文件都会编译一份？

总的来说，这次实验算是从 "会写 C++ 语法" 到 "会用标准库写 C++" 的一个小跨越，感觉比以前对标准库亲切多了。