实验1

任务1：

源代码：

// 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());
    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);
}

截图：

Q1：reverse 直接反转原容器元素，reverse_copy 不修改原容器，将反转结果复制到目标容器。

Q2：rotate 通过将 [begin, mid) 与 [mid,end) 区间元素互换实现循环移位；三个参数分别是区间起始、旋转中点、区间结束的迭代器。

 

任务2：

源代码：

#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;
}

截图：

Q1：通过调用第三个参数指定的函数生成值，填充区间内的元素。

Q2：minmax_element 一次遍历即可同时获取最大和最小值，效率高于分别调用 min_element 和 max_element。

Q3：lambda 表达式适用于需临时使用的函数逻辑，使得代码更简洁；自定义函数更适合复杂的场景。

 

任务3：

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';
}

截图：

Q1：func 函数将字母字符转为下一个字母（z 转为 a，Z 转为 A），非字母字符保持不变。

Q2：tolower 将字符转为小写，toupper 将字符转为大写。

Q3：transform 的 4 个参数分别是源区间起始、源区间结束、目标区间起始、变换函数；若第 3 个参数改为 s1.begin ()，则会在原字符串上直接修改。

 

任务4：

源代码：

#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 left = 0;
    int 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){
    int left = 0;
    int right = s.size() - 1;
    while (left < right) {
        if (std::tolower(s[left]) != std::tolower(s[right])) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}

截图：

Q：将 cin >> s 改为 getline(cin, s) 。

 

任务5：

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 tem = x % n; 
        char c = (tem < 10) ? (tem + '0') : (tem - 10 + 'A');
        result.push_back(c);
        x = x / n;
    }
    std::reverse(result.begin(), result.end());
    return result;
}

截图：

 

任务6：

源代码：

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

int main(){
    string s{"abcdefghigklmnopqrstuvwxyz"};
    cout<<"   ";
    for(auto i:s)
        cout<<right<<setw(3)<<i;
    cout<<endl;
    string s2;
    for(auto c:s)
        s2+=toupper(c);
    for(int i=1;i<=26;i++){
        cout<<setw(3)<<i;
        rotate(s2.begin(), s2.begin()+1, s2.end());
        for(auto i:s2)
            cout<<setw(3)<<i;
        cout<<endl;
    }
    return 0;
} 

截图：

 

任务7：

源代码：

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

int main() {
    srand(time(0));
    int correct = 0;

    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        int a, b, result;
        char op;
        
        a = rand() % 10 + 1;
        b = rand() % 10 + 1;
        
        int tmp = rand() % 4;
        switch (tmp) {
            case 0:
                op = '+';
                result = a + b;
                break;
            case 1:
                op = '-';
                if (a < b) {
                    swap(a, b);
                }
                result = a - b;
                break;
            case 2:
                op = '*';
                result = a * b;
                break;
            case 3:
                op = '/';
                a = (rand() % 10 + 1) * b;
                if (a > 10) {
                    a = b;
                }
                result = a / b;
                break;
        }
        cout <<a<< " " << op << " " << b << " = ";
        int write;
        cin >> write;

        if (write == result) {
            correct++;
        }
    }

    double accuracy = (static_cast<double>(correct) / 10) * 100;
    cout << "\n正确率: " << fixed << setprecision(2) << accuracy << "%" << endl;
    return 0;
}

截图：

 

实验总结：

在代码探索中学习到了许多库函数，如 reverse，rotate，generate，minmax_element，tolower ，toupper，transform，getline。