实验六

实验六

任务一：

代码部分：

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;
}

contestant.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();
}

结果截图：

问题回答：

问题1：（1）：

std::cout 是 std::ostream 类型的全局对象

std::ofstream 继承自 std::ostream

根据 C++ 的 Liskov 替换原则，派生类对象可以赋值给基类引用

（2）

不需要改动 write() 函数。
原因：基于抽象接口的设计
std::ostream 是抽象接口：任何继承自 std::ostream 的类都可以使用，write() 只依赖于 std::ostream 的公共接口

问题2：（1）：

第一处：

// 无法打开文件时抛出异常
if (!in) {
    throw std::runtime_error("无法打开文件: " + filename);
}

触发条件：文件不存在，文件路径错误，没有文件读取权限，磁盘错误，文件被其他程序占用

第二处：

// 如果 data.txt 不存在，将抛出：
// std::runtime_error("无法打开文件: data.txt")
contestants = load("data.txt");

触发条件：文件格式错误（如非数字出现在数字字段），数据类型不匹配，文件损坏，读取过程中发生I/O错误

第三处：

// 无法创建或写入文件时抛出异常
if (!out) {
    throw std::runtime_error("无法写入文件: " + filename);
}

触发条件：磁盘空间不足，没有写入权限，路径无效，文件被锁定

（2）：

异常捕获位置在 app() 函数中：

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 << "错误: " << e.what() << '\n';
    return;
}

处理操作：

std::cerr << "错误: " << e.what() << '\n';
return;

　　1.将错误信息输出到标准错误流（std::cerr）
　　2.提前返回，终止 app() 函数执行
　　3.错误信息包含具体的错误描述（通过 e.what()）

问题3：

可以替换，而且功能、性能、结果完全一致。

问题4：（1）

结果截图：

出现问题：
数据错位：　第7条记录 Thomas 的数据完全混乱
　　　　　  解题数变成了 8（应该是空值）
　　　　　  总罚时变成了 204942078（这是下一条记录的学号！）
处理流程异常：程序没有抛出异常，而是继续运行
数据丢失：最后3条记录（Jennie、Tibby、Vermont）没有被处理

原因分析：直接使用 >> 进行格式化输入，>> 遇到空白（缺失字段）时不会自动跳过，而是设置失败位，但是当读取失败时，不会立即抛出异常，而是将变量保持原值（或0），然后继续读取后续字段，造成数据错位

 

任务2：

代码部分：

student.hpp 学员类 Student 及其重载运算符函数声明：

#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 学员类 Student 及其重载运算符函数实现 ：

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

// 获取专业
const std::string Student::get_major() const {
    return major;
}

// 获取成绩
int Student::get_grade() const {
    return grade;
}

// 重载输出运算符
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Student& s) {
    os << std::left;
    os << std::setw(6) << s.id
       << std::setw(10) << s.name
       << std::setw(10) << s.major
       << std::setw(6) << s.grade;
    return os;
}

// 重载输入运算符
std::istream& operator>>(std::istream& is, Student& s) {
    is >> s.id >> s.name >> s.major >> s.grade;
    
    // 验证成绩范围
    if (s.grade < 0 || s.grade > 100) {
        is.setstate(std::ios::failbit);
    }
    
    return is;
}

stumgr.hpp 学员成绩管理类 StuMgr 声明：

#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 学员成绩管理类 StuMgr 实现：

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

// 加载数据文件
void StuMgr::load(const std::string& file) {
    std::ifstream in(file);
    if (!in) {
        throw std::runtime_error("cannot open file: " + file);
    }
    
    // 跳过表头行（假设第一行是表头）
    std::string header;
    std::getline(in, header);
    
    students.clear(); // 清空原有数据
    
    Student s;
    while (in >> s) {
        students.push_back(s);
    }
    
    // 检查读取是否完全成功
    if (!in.eof() && in.fail()) {
        throw std::runtime_error("file format error in: " + file);
    }
    
    std::cout << "加载成功\n" << std::endl;
}

// 排序：按专业字典序升序、同专业分数降序
void StuMgr::sort() {
    if (students.empty()) {
        std::cout << "(empty)\n";
        return;
    }
    
    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(); // 专业升序
            }
            return a.get_grade() > b.get_grade(); // 同专业成绩降序
        });
    
    std::cout << "排序已完成\n" << std::endl;
}

// 写入数据到输出流（私有辅助函数）
void StuMgr::write(std::ostream &os) const {
    os << std::left;
    os << std::setw(6) << "学号"
       << std::setw(10) << "姓名"
       << std::setw(10) << "专业"
       << std::setw(6) << "成绩" << '\n';
    os << "----------------------------------------\n";
    
    for (const auto& s : students) {
        os << s << '\n';
    }
}

// 打印到屏幕
void StuMgr::print() const {
    if (students.empty()) {
        std::cout << "没有数据可显示\n";
        return;
    }
    
    write(std::cout);
    std::cout << "打印已完成\n" << std::endl;
}

// 保存到文件
void StuMgr::save(const std::string& file) const {
    std::ofstream out(file);
    if (!out) {
        throw std::runtime_error("cannot save file: " + file);
    }
    
    write(out);
    std::cout << "导出成功\n" << std::endl;
}

task2.cpp 应用代码：

#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';
        }
    }
}

int main() {
    app();
}

结果截图：