实验四
task1:
Gradecalc.hpp
#pragma once #include <vector> #include <array> #include <string> class GradeCalc { public: GradeCalc(const std::string &cname); void input(int n); // 录入n个成绩 void output() const; // 输出成绩 void sort(bool ascending = false); // 排序 (默认降序) int min() const; // 返回最低分（如成绩未录入，返回-1) int max() const; // 返回最高分 （如成绩未录入，返回-1) double average() const; // 返回平均分 （如成绩未录入，返回0.0) void info(); // 输出课程成绩信息 private: void compute(); // 成绩统计 private: std::string course_name; // 课程名 std::vector<int> grades; // 课程成绩 std::array<int, 5> counts; // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100] std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段人数占比 bool is_dirty; // 脏标记，记录是否成绩信息有变更 };
GradeCalc.cpp
#include <algorithm> #include <array> #include <cstdlib> #include <iomanip> #include <iostream> #include <numeric> #include <string> #include <vector> #include "GradeCalc.hpp" GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname):course_name{cname},is_dirty{true} { counts.fill(0); rates.fill(0); } void GradeCalc::input(int n) { if(n < 0) { std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n"; std::exit(1); } grades.reserve(n); int grade; for(int i = 0; i < n;) { std::cin >> grade; if(grade < 0 || grade > 100) { std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n"; continue; } grades.push_back(grade); ++i; } is_dirty = true; // 设置脏标记：成绩信息有变更 } void GradeCalc::output() const { for(auto grade: grades) std::cout << grade << ' '; std::cout << std::endl; } void GradeCalc::sort(bool ascending) { if(ascending) std::sort(grades.begin(), grades.end()); else std::sort(grades.begin(), grades.end(), std::greater<int>()); } int GradeCalc::min() const { if(grades.empty()) return -1; auto it = std::min_element(grades.begin(), grades.end()); return *it; } int GradeCalc::max() const { if(grades.empty()) return -1; auto it = std::max_element(grades.begin(), grades.end()); return *it; } double GradeCalc::average() const { if(grades.empty()) return 0.0; double avg = std::accumulate(grades.begin(), grades.end(), 0.0)/grades.size(); return avg; } void GradeCalc::info() { if(is_dirty) compute(); std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl; std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl; std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl; std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl; const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", "[60, 70)", "[70, 80)", "[80, 90)", "[90, 100]"}; for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i) std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n"; } void GradeCalc::compute() { if(grades.empty()) return; counts.fill(0); rates.fill(0.0); // 统计各分数段人数 for(auto grade:grades) { if(grade < 60) ++counts[0]; // [0, 60) else if (grade < 70) ++counts[1]; // [60, 70) else if (grade < 80) ++counts[2]; // [70, 80) else if (grade < 90) ++counts[3]; // [80, 90) else ++counts[4]; // [90, 100] } // 统计各分数段比例 for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i) rates[i] = counts[i] * 1.0 / grades.size(); is_dirty = false; // 更新脏标记 }
task1.cpp
#include <iostream> #include <string> #include "GradeCalc.hpp" void test() { GradeCalc c1("OOP"); std::cout << "录入成绩:\n"; c1.input(5); std::cout << "输出成绩:\n"; c1.output(); std::cout << "排序后成绩:\n"; c1.sort(); c1.output(); std::cout << "*************成绩统计信息*************\n"; c1.info(); } int main() { test(); }
运行结果：
编译、运行程序，录入成绩，结合运行结果，理解代码并回答问题。
问题1：组合关系识别
GradeCalc 类声明中，逐行写出所有体现"组合"关系的成员声明，并用一句话说明每个被组合对象的功能。
（1）std::vector<int> grades; 保存每个人的课程成绩
（2）std::array<int, 5> counts;保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100]
（3）std::array<double, 5> rates;保存各分数段人数占比
问题2：接口暴露理解
如在 test 模块中这样使用，是否合法？如不合法，解释原因。
不合法。vector<int>与GradeCalc 类是组合关系，GradeCalc 类不能使用vector的push_back函数。
问题3：架构设计分析
当前设计方案中， compute 在 info 模块中调用：
（1）连续打印3次统计信息， compute 会被调用几次？标记 is_dirty 起到什么作用？
1次。is_dirty=1则表示需要更新成绩数据，is_dirty=0则表示不需要更新成绩数据。
（2）如新增 update_grade(index, new_grade) ,这种设计需要更改 compute 调用位置吗？简洁说明理由。
不需要。因为如果有数据需要更新，那么 is_dirty一定为1，所以在打印信息的时候，会调用 compute函数重新统计，因此不需要更改调用位置。
问题4：功能扩展设计
要增加"中位数"统计，不新增数据成员怎么做？在哪个函数里加？写出伪代码。
在info函数中添加。
sort(1) ;
int n=grades.size(); if(n%2==0) { std::cout << "中位数:\t" << (grades[n/2]+grades[n/2-1])/2<< std::endl; } else { std::cout << "中位数:\t" <<grades[n/2]<< std::endl; }
问题5：数据状态管理
GradeCalc 和 compute 中都包含代码： counts.fill(0); rates.fill(0); 。
compute 中能否去掉这两行？如去掉，在哪种使用场景下会引发统计错误？
不能。如果又输入了5个数据，那么count数组的值会在原来的基础上继续增加，但是代码是遍历数组来进行统计的，会导致统计数据错误，从而导致rate数组也计算错误。
问题6：内存管理理解
input 模块中代码 grades.reserve(n); 如果去掉：
（1）对程序功能有影响吗？（去掉重新编译、运行，观察功能是否受影响）
没有。
（2）对性能有影响吗？如有影响，用一句话陈述具体影响。
有。grades.reserve(n)会预先留n个元素的空间，如果不这样做的话，可能会进行多次内存分配，影响性能。
task2:
GradeCalc.hpp
#pragma once #include <array> #include <string> #include <vector> class GradeCalc: private std::vector<int> { public: GradeCalc(const std::string &cname); void input(int n); // 录入n个成绩 void output() const; // 输出成绩 void sort(bool ascending = false); // 排序 (默认降序) int min() const; // 返回最低分 int max() const; // 返回最高分 double average() const; // 返回平均分 void info(); // 输出成绩统计信息 private: void compute(); // 计算成绩统计信息 private: std::string course_name; // 课程名 std::array<int, 5> counts; // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100] std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段占比 bool is_dirty; // 脏标记，记录是否成绩信息有变更 };
GradeCalc.cpp
#include <algorithm> #include <array> #include <cstdlib> #include <iomanip> #include <iostream> #include <numeric> #include <string> #include <vector> #include "GradeCalc.hpp" GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname): course_name{cname}, is_dirty{true}{ counts.fill(0); rates.fill(0); } void GradeCalc::input(int n) { if(n < 0) { std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n"; return; } this->reserve(n); int grade; for(int i = 0; i < n;) { std::cin >> grade; if(grade < 0 || grade > 100) { std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n"; continue; } this->push_back(grade); ++i; } is_dirty = true; } void GradeCalc::output() const { for(auto grade: *this) std::cout << grade << ' '; std::cout << std::endl; } void GradeCalc::sort(bool ascending) { if(ascending) std::sort(this->begin(), this->end()); else std::sort(this->begin(), this->end(), std::greater<int>()); } int GradeCalc::min() const { if(this->empty()) return -1; return *std::min_element(this->begin(), this->end()); } int GradeCalc::max() const { if(this->empty()) return -1; return *std::max_element(this->begin(), this->end()); } double GradeCalc::average() const { if(this->empty()) return 0.0; double avg = std::accumulate(this->begin(), this->end(), 0.0) / this->size(); return avg; } void GradeCalc::info() { if(is_dirty) compute(); std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl; std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl; std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl; std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl; const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", "[60, 70)", "[70, 80)", "[80, 90)", "[90, 100]"}; for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i) std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n"; } void GradeCalc::compute() { if(this->empty()) return; counts.fill(0); rates.fill(0); // 统计各分数段人数 for(int grade: *this) { if(grade < 60) ++counts[0]; // [0, 60) else if (grade < 70) ++counts[1]; // [60, 70) else if (grade < 80) ++counts[2]; // [70, 80) else if (grade < 90) ++counts[3]; // [80, 90) else ++counts[4]; // [90, 100] } // 统计各分数段比例 for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i) rates[i] = counts[i] * 1.0 / this->size(); is_dirty = false; }
demo2.cpp
#include <iostream> #include <string> #include "GradeCalc.hpp" void test() { GradeCalc c1("OOP"); std::cout << "录入成绩:\n"; c1.input(5); std::cout << "输出成绩:\n"; c1.output(); std::cout << "排序后成绩:\n"; c1.sort(); c1.output(); std::cout << "*************成绩统计信息*************\n"; c1.info(); } int main() { test(); }
编译、运行程序，录入成绩，结合运行结果，理解代码并回答问题。
问题1：继承关系识别
写出 GradeCalc 类声明体现"继承"关系的完整代码行。
class GradeCalc: private std::vector<int>
问题2：接口暴露理解
当前继承方式下，基类 vector<int> 的接口会自动成为 GradeCalc 的接口吗？如在 test 模块中这样用，能否编译通过？用一句话解释原因。
基类 vector<int> 的接口不会自动成为 GradeCalc 的接口。编译不通过，因为GradeCalc 是以私有的方式继承vector<int>，vector<int>的接口在GradeCalc是私有的。
问题3：数据访问差异
对比继承方式与组合方式内部实现数据访问的一行典型代码。说明两种方式下的封装差异带来的数据访问接口差异。
继承方式是通过指针访问，而组合方式是通过vector<int>访问。
问题4：组合 vs. 继承方案选择
你认为组合方案和继承方案，哪个更适合成绩计算这个问题场景？简洁陈述你的结论和理由。
组合方案。组合方案代码更简洁，逻辑清晰。而继承方案涉及到指针操作，较为复杂。
task3:
Graph.hpp
#pragma once #include <string> #include <vector> enum class GraphType {circle, triangle, rectangle}; // Graph类定义 class Graph { public: virtual void draw() {} virtual ~Graph() = default; }; // Circle类声明 class Circle : public Graph { public: void draw(); }; // Triangle类声明 class Triangle : public Graph { public: void draw(); }; // Rectangle类声明 class Rectangle : public Graph { public: void draw(); }; // Canvas类声明 class Canvas { public: void add(const std::string& type); // 根据字符串添加图形 void paint() const; // 使用统一接口绘制所有图形 ~Canvas(); // 手动释放资源 private: std::vector<Graph*> graphs; }; // 4. 工具函数 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s); // 字符串转枚举类型 Graph* make_graph(const std::string& type); // 创建图形，返回堆对象指针
Graph.cpp
#include <algorithm> #include <cctype> #include <iostream> #include <string> #include "Graph.hpp" // Circle类实现 void Circle::draw() { std::cout << "draw a circle...\n"; } // Triangle类实现 void Triangle::draw() { std::cout << "draw a triangle...\n"; } // Rectangle类实现 void Rectangle::draw() { std::cout << "draw a rectangle...\n"; } // Canvas类实现 void Canvas::add(const std::string& type) { Graph* g = make_graph(type); if (g) graphs.push_back(g); } void Canvas::paint() const { for (Graph* g : graphs) g->draw(); } Canvas::~Canvas() { for (Graph* g : graphs) delete g; } // 工具函数实现 // 字符串 → 枚举转换 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s) { std::string t = s; std::transform(s.begin(), s.end(), t.begin(), [](unsigned char c) { return std::tolower(c);}); if (t == "circle") return GraphType::circle; if (t == "triangle") return GraphType::triangle; if (t == "rectangle") return GraphType::rectangle; return GraphType::circle; // 缺省返回 } // 创建图形，返回堆对象指针 Graph* make_graph(const std::string& type) { switch (str_to_GraphType(type)) { case GraphType::circle: return new Circle; case GraphType::triangle: return new Triangle; case GraphType::rectangle: return new Rectangle; default: return nullptr; } }
task3.cpp
#include <string> #include "Graph.hpp" void test() { Canvas canvas; canvas.add("circle"); canvas.add("triangle"); canvas.add("rectangle"); canvas.paint(); } int main() { test(); }
运行结果截图：
编译、运行程序。结合运行结果，理解代码并回答问题。
问题1：对象关系识别
（1）写出Graph.hpp中体现"组合"关系的成员声明代码行，并用一句话说明被组合对象的功能。
std::vector<Graph*> graphs;存储不同的图形对象的指针。
（2）写出Graph.hpp中体现"继承"关系的类声明代码行。
class Circle : public Graph
class Triangle : public Graph
class Rectangle : public Graph
问题2：多态机制观察
（1） Graph 中的 draw 若未声明成虚函数， Canvas::paint() 中 g->draw() 运行结果会有何不同？
会运行Graph类中的draw函数。
（2）若 Canvas 类 std::vector<Graph*> 改成 std::vector<Graph> ，会出现什么问题？
vector容器中存储的是基类Graph的对象，无法实现多态。
（3）若 ~Graph() 未声明成虚函数，会带来什么问题？
在析构的时候，只能销毁基类对象，不能销毁派生类对象。
问题3：扩展性思考
若要新增星形 Star ，需在哪些文件做哪些改动？逐一列出。
1.在enum class GraphType中添加Star
2.在头文件中添加：
class Star : public Graph {
public:
void draw();
};
3.在源文件中添加Star类的实现，即
void Star::draw() { std::cout << "draw a Star...\n"; }
问题4：资源管理
观察 make_graph 函数和 Canvas 析构函数：
（1） make_graph 返回的对象在什么地方被释放？
在Canvas的析构函数中被释放。
（2）使用原始指针管理内存有何利弊？
好处是内存访问效率高，避免繁琐的指针类型转换，坏处是处理不当容易引发内存泄漏。
task4:
Toy.hpp
#include <iostream> #include <string> #include <vector> class Toy{ private: std::string name; std::string type; public: Toy(const std::string& n,const std::string& t):name{n},type{t}{} virtual ~Toy()=default; virtual void specialfuc() const =0; std::string getname() const{ return name; } std::string gettype() const{ return type; } }; class TalkingToy:public Toy{ public: TalkingToy(const std::string& n):Toy(n, "会说话的玩具"){}; void specialfuc() const override; }; class LightToy:public Toy{ public: LightToy(const std::string& n):Toy(n, "会发光的玩具"){}; void specialfuc() const override; }; class MusicToy:public Toy{ public: MusicToy(const std::string& n):Toy(n, "会音乐的玩具"){}; void specialfuc() const override; }; class ToyFactory{ private: std::vector<Toy*> toys; public: ~ToyFactory(); void display() const; void add(Toy *toy); };
Toy.cpp
#include "Toy.hpp" void TalkingToy::specialfuc() const{ std::cout<<"功能是说话\n"<<std::endl; } void LightToy::specialfuc() const{ std::cout<<"功能是发光\n"<<std::endl; } void MusicToy::specialfuc() const{ std::cout<<"功能是音乐\n"<<std::endl; } ToyFactory::~ToyFactory(){ for(Toy* toy:toys) delete toy; toys.clear(); } void ToyFactory::display() const{ int count=1; std::cout<<"玩具信息如下"<<std::endl; for(Toy* toy:toys){ std::cout<<"第"<<count<<"个玩具："<<std::endl; std::cout<<"姓名："<<toy->getname()<<"\n"; std::cout<<"类型："<<toy->gettype()<<"\n"; toy->specialfuc(); count++; } } void ToyFactory::add(Toy *toy){ toys.push_back(toy); }
demo4.cpp
#include "Toy.hpp" void test(){ TalkingToy* t=new TalkingToy("复读机"); LightToy* l=new LightToy("小灯泡"); MusicToy* m=new MusicToy("八音盒"); ToyFactory factory; factory.add(t); factory.add(l); factory.add(m); factory.display(); } int main(){ test(); return 0; }
运行结果：
浙公网安备 33010602011771号