实验1 现代C++编程初体验

实验任务 1 验证性实验

在C++编码环境中，输入、运行并观察以下代码，结合运行结果和注释，体验使用C++标准库进行编程的便捷性。从面 向对象编程范式的角度，体会封装与基于接口编程的意义。

#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);
}

1. reverse 和 reverse_copy 有什么区别？

reverse 是直接反转原容器的元素顺序，会修改原容器。

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?

reverse_copy 是将原容器反转后的结果拷贝到另一个容器，原容器保持不变。

实验任务 2 验证性实验

在C++编码环境中，输入、运行并观察以下代码，体验使用C++标准库高效完成数据赋值、排序和基本统计。

#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));    
std::cout << "测试1: \n";
 test1();
 // 添加随机种子
    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

1. generate 算法的作用是什么

generate函数规定了动态数组的头尾位置，再对数组中的元素批量赋值，赋值的规则由generate函数中的第三个参数确定。

2.minmax_element 和分别调用 min_element 、 把代码中函数 max_element 相比，有什么优势?

minmax_element函数与分别调用min_element、max_element相比，前者可以一次性将最大值最小值分别计算好，空间上只要一个而非两个辅助变量即可。

3.把代码中函数 max_element 相比，有什么优势？ generate_random_number 的声明（line13）和定义（line35-37）注释起来，把两处调用改成如 下写法，观察效果是否等同？查阅c++中lambda表达式用法。

 // test1()模块和test2()模块：
generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number); ---->改成
generate(v0.begin(), v0.end(), [](){return std::rand()%101;}); 

两者功能相同，都是生成 [0, 100] 的随机整数。lambda表达式用法如下

 实验任务 3 验证性实验

在C++编码环境中，输入、运行并观察以下代码，体验使用C++标准库高效完成字符串变换操作。

#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';
}

1. 自定义函数func功能是什么？

此处自定义函数 func 的功能是仅将字母字符进行后移一位的变换，对于特殊情况规定了'z'→'a'和'Z'→'A'，非字母字符保持原样。

2.tolower和toupper功能分别是什么？

tolower的功能是将大写字母字符变为小写字母，非大写字母字符保持原样；toupper的功能是将小写字母字符变为大写字母，非小写字母字符保持原样。

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？

第一个参数：原始序列的起始位置；

第二个参数：原始序列的终止位置；

第三个参数：新序列从原始序列中开始执行的位置；

第四个参数：序列变换时附加的规则。

如果把第3个参数 s2.begin() 改成 s1.begin() ，其区别在于变换会在原始容器内部执行，使原序列发生变化。

实验任务 4 

编写函数，实现判断回文串。是返回true，否则，返回false。

在main函数中调用，输入字符串，调用其判断，输出结果。要求支持多组输入。

严格区分大小写：bool is_palindrome(const std::string &s)

不区分大小写：bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s);

#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;
    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";
    }
}
// 以下两个函数需要补全
bool is_palindrome(const std::string &s) {
    using namespace std;
    string t=s;
    reverse(t.begin(),t.end()) ;
    if(t.compare(s)==0){
        return true;
    }
    else{
        return false;
    }
}
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s) {
    using namespace std;
    string t=s,s0;
    for(auto i : s){
        s0+=tolower(i);
    }
    reverse(t.begin(),t.end()) ;
    string t0;
    for(auto i : t){
        t0+=tolower(i);
    }
    if(t0.compare(s0)==0){
        return true;
    }
    else{
        return false;

 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hello oop），代码应如 何调整？ 

如果希望测试字符串包含空格（如 hello oop ），可以先用get函数确认输入是否包含空格。若无，则沿用原程序；若有，则将空格以外的元素依次存到新容器中，再沿用原程序做回文判断。

实验任务 5 

编写程序实现进制转换。具体要求如下： 编写函数std::string dec2n(x, n)实现把一个十进制数x转换成n进制，结果以字符串形式返回。如果第2 个参数没有指定，默认转换成二进制。（本次实验，限定参数n取值区间为[2, 36]，限定参数x >= 0）

当n = 17，即17进制时，基数是0-9, A-G

当n = 18，即18进制时，基数是0-9, A-H

依次类推：

当n = 36, 即36进制时，基数是0-9, A-Z （即：10 -> A, 11->B, 12->C, …, 35->Z）

在main函数中，输入十进制整数，调用函数dec2n得到转换成指定进制的字符串，输出。要求支持多组输入。

#include<iostream>
#include<vector>
#include<iomanip>
#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';
    }
}

std::string dec2n(int x,int n)
{
    std::string result;
    int rem;
    if(x==0)
    return "0";
    while(x>0)
    {
        rem=x%n;
        char a;
        
        if(rem<10)
            a='0'+rem;
        else
            a='A'+rem-10;
        result.push_back(a);
        x=x/n; 
    }
    reverse(result.begin(),result.end());
    return result;
}

 实验任务 6

编写程序，在屏幕上打印字母密文对照表。

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main() {
    string lowercase = "a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z ";
    string uppercase = "A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z ";
    cout << "   " << lowercase.substr(0, lowercase.length() - 1) << endl;
    for (int i = 1; i <= 26; i++) {
        cout << setw(2) << i << " ";
        rotate(uppercase.begin(), uppercase.begin() + 2, uppercase.end());
        cout << uppercase.substr(0, uppercase.length() - 1) << endl;
    }
    return 0;
}

 实验任务 7

编写一个程序，实现自动生成小学生算术运算题目并自动评测。具体要求如下：

程序运行后，自动生成10道10以内的算术运算题。

运算式（包括=）在程序运行时自动生成。

运算式=右侧的答案由用户输入

算术运算包括：加、减、乘、除。生成题目时，运算随机。

两个操作数限制在[1, 10]区间内的整数。

题目是减法运算时，要求第一个操作数>=第二个操作数。

题目是除法运算时，要求第一个操作数能整除第二个操作数整除。

用户完成10道测试后，屏幕给出正确率，要求以百分号形式输出，保留小数点后两位。

多次运行程序时，每次生成的题目与上次不同。（Tips: 使用 srand(time(0)) 作为随机种子）

程序正确编写后，预期测试效果如下：（截图中给了两次运行测试效果)。

 #include<iostream>
 #include<cstdlib>
 #include<ctime>
 #include<cmath>
 #include<iomanip>
 using namespace std;
  // 生成随机运算符（+、-、*、/）
 char getRandomOp() {
     int op = rand() % 4;
     if (op == 0) return '+';
     else if (op == 1) return '-';
     else if (op == 2) return '*';
     else return '/';
 } 
 // 生成随机操作数（1-10）
 int getRandomNum() {
     return rand() % 10 + 1;
 } 
 int main() {
     srand(time(0)); // 设置随机种子，确保每次题目不同
     int correct = 0; 
     for (int i = 0; i < 10; i++) {
         int a = getRandomNum();
         int b = getRandomNum();
         char op = getRandomOp();
         int result;
 
         // 处理减法：保证a >= b
         if (op == '-') {
             result = a - b;
         } 
         // 处理除法：保证a能被b整除
         else if (op == '/') {
             while (a % b != 0) {
                 a = getRandomNum();
                 b = getRandomNum();
             }
             result = a / b;
         } 
         // 处理加法和乘法
         else if (op == '+') {
             result = a + b;
         } else {
             result = a * b;
         } 
         // 输出题目并获取用户答案
         cout << a << " " << op << " " << b << " = ";
         int userAns;
         cin >> userAns;
         // 判断答案是否正确
         if (userAns == result) {
             correct++;
         }
     }
     // 计算并输出正确率
     double accuracy = (double)correct / 10 * 100;
     cout << "正确率：" << fixed << setprecision(2) << accuracy << "%" << endl;
 
     return 0;
 }

 

 实验总结

1.在本次实验中，深入理解了C++中字符串输入的特性。在算法功能上，明确了 reverse 、 reverse_copy 、 rotate 、 generate 、 minmax_element 、 transform 等算法的具体作用。

2.通过对比 cin >> s 和 getline 的使用场景，明确了 cin >> s 会以空格作为输入结束的分隔符，而当需要输入包含空格的字符串时， getline(cin, s) 是更合适的选择。