实验二

#任务一

##1.源代码

1.T.h
#pragma once
#include <string>
// 类T: 声明

class T {
// 对象属性、 方法
public:
    T(int x = 0, int y = 0); 
    T(const T &t); 
    T(T &&t); // 移动构造函数
    ~T(); 
    void adjust(int ratio); // 按系数成倍调整数据
    void display() const; // 以(m1, m2)形式显示T类对象信息
    private:
    int m1, m2;
// 类属性、 方法
public:
    static int get_cnt(); // 显示当前T类对象总数
public:
    static const std::string doc; // 类T的描述信息
    static const int max_cnt; // 类T对象上限
    private:
    static int cnt; // 当前T类对象数目
// 类T友元函数声明
    friend void func();
};
// 普通函数声明
void func();

const std::string T::doc{"a simple class sample"};
const int T::max_cnt = 999;
int T::cnt = 0;

2.T.cpp
#include "T.h"
#include <iostream>
#include <string>
// 类T实现
// static成员数据类外初始化

// 类方法
int T::get_cnt() {return cnt;} 

// 对象方法
T::T(int x, int y): m1{x}, m2{y} {
    ++cnt;
    std::cout << "T constructor called.\n";
}  

T::T(const T &t): m1{t.m1}, m2{t.m2} {
    ++cnt;
    std::cout << "T copy constructor called.\n";
}  

T::T(T &&t): m1{t.m1}, m2{t.m2} {
    ++cnt;
    std::cout << "T move constructor called.\n";
} 

T::~T() {
    --cnt;
    std::cout << "T destructor called.\n";
} 

void T::adjust(int ratio) {
    m1 *= ratio;
    m2 *= ratio;
}
 
void T::display() const {
std::cout << "(" << m1 << ", " << m2 << ")" ;
} 

// 普通函数实现
void func() {
    T t5(42);
    t5.m2 = 2049;
    std::cout << "t5 = "; t5.display(); std::cout << '\n';
}

3.task1.cpp
#include "T.h"
#include <iostream>
void test_T();
int main() {
    std::cout << "test Class T: \n";
    test_T();
    std::cout << "\ntest friend func: \n";
    func();
}

void test_T() {
using std::cout;
using std::endl;
cout << "T info: " << T::doc << endl;
cout << "T objects'max count: " << T::max_cnt << endl;
cout << "T objects'current count: " << T::get_cnt() << endl << endl;
T t1;
cout << "t1 = "; t1.display(); cout << endl;
T t2(3, 4);
cout << "t2 = "; t2.display(); cout << endl;
T t3(t2);
t3.adjust(2);
cout << "t3 = "; t3.display(); cout << endl;
T t4(std::move(t2));
cout << "t4 = "; t4.display(); cout << endl;
cout << "test: T objects'current count: " << T::get_cnt() << endl;
}

##2.运行测试截图

 

##3.回答问题

问题1：T.h中，在类T内部，已声明 func 是T的友元函数。在类外部，去掉line36，重新编译，程序能否正常运行。 如果能，回答YES；如果不能，以截图形式提供编译报错信息，说明原因。

答：不能。仅在类的内部声明func，作用域仅局限于类内部，main中 无法调用func函数

 

问题2：T.h中，line9-12给出了各种构造函数、析构函数。总结它们各自的功能、调用时机。

答：1.T(int x = 0, int y = 0);普通构造函数，用于在实例化类对象的时候给对象的属性赋初值，调用时机：实例化类对象时

 　 2.T(const T &t);复制构造函数，用一个类对象初始化另一个同类对象时将参数对象每个数据成员值复制到新的对象中；

　　调用时机：1.用一个类对象初始化另一个该类的对象

　　　　　　　2.函数的形参是类的对象，调用函数时，实参和形参结合时

　　　　　　  3.函数的返回值是一个类对象，函数执行完成返回这个对象时

　　3.T(T &&t);移动构造函数：当被复制的对象只做复制只用后便被销毁时，通过移动已有对象的方法来初始化新的类对象，从而避免冗余地复制新对象，调用时机和复制构造函数一样

 

问题3：T.cpp中，line13-15，剪切到T.h的末尾，重新编译，程序能否正确编译。如不能，以截图形式给出报错信息，分析原因。

答：不能正确编译，因为静态成员变量的初始化位置应当在类外，并且是全局作用域中初始化。将T.cpp中 line13-15（静态成员初始化代码）剪切到T.h末尾，会导致初始化代码出现在头文件中。头文件可能被多个源文件包含，引发 “重复定义” 编译错误。（由于devC++软件问题，其显示能正常编译，结果如下，但是分析代码和结合使用其他软件同学的运行结果后给出该答案，故不提供报错截图）

 

 

 

 

#任务2

##1.源代码

1.Complex.h
#pragma once
//line1作用：保证这个头文件只被编译一次 
#include <string>

class Complex{
    //类属性 
    public:
        static const std::string doc;
    //对象属性 
    private:
        double real;
        double imag;
    //对象方法 
    public:
        Complex();
        Complex(double x);
        Complex(double i,double j);
        Complex(const Complex &x);
        //Complex(Complex &&x);
        ~Complex();
        
        
        double get_real() const;
        double get_imag() const;
        void add(const Complex c);
    
        friend void output(const Complex x);
        friend double abs(const Complex x);
        friend Complex add(const Complex c1,Complex c2);
        friend bool is_equal(const Complex c1,Complex c2);
        friend bool is_not_equal(const Complex c1,Complex c2); 
         
}; 
void output(const Complex x);
double abs(const Complex x);
Complex add(const Complex c1,const Complex c2);
bool is_equal(const Complex c1,const Complex c2);
bool is_not_equal(const Complex c1,const Complex c2); 

2.Complex.cpp
#include "Complex.h"
#include <iostream>
#include <cmath>


const std::string Complex::doc = "a simplified Complex class";
Complex::Complex():real(0),imag(0){
}
Complex::Complex(double x):real(x),imag(0){
}
Complex::Complex(double i,double j):real(i),imag(j){
}

Complex::Complex(const Complex &x):real(x.real),imag(x.imag){
}
//Complex::Complex(Complex && x):real(x.real),imag(x.imag){}
Complex::~Complex(){
} 
double Complex::get_real()const{
    return real;
}
double Complex::get_imag()const{
    return imag;
}
void Complex::add(const Complex c){
    real+=c.real;
    imag+=c.imag;
}


void output(const Complex x){
    std::cout<<x.get_real()<<'+'<<x.get_imag()<<'i'; 
}
Complex add(const Complex c1,const Complex c2){
    Complex c3(c1.get_real()+c2.get_real(),c1.get_imag()+c2.get_imag());
    return c3;
}
bool is_equal(const Complex c1,const Complex c2){
    return c1.get_real()==c2.get_real()&&c1.get_imag()==c2.get_imag();
}

bool is_not_equal(const Complex c1,const Complex c2){
    return c1.get_real()!=c2.get_real()||c1.get_imag()!=c2.get_imag();
}
double abs(const Complex x){
    return sqrt(x.get_real()*x.get_real()+x.get_imag()*x.get_imag());
}

3.task2.cpp
#include "Complex.h"
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <complex>


void test_Complex();
void test_std_complex();

int main() {
    std::cout << "*******测试1: 自定义类Complex*******\n";
    test_Complex();

    std::cout << "\n*******测试2: 标准库模板类complex*******\n";
    test_std_complex();
}

void test_Complex() {
    using std::cout;
    using std::endl;
    using std::boolalpha;

    cout << "类成员测试: " << endl;
    cout << Complex::doc << endl << endl;

    cout << "Complex对象测试: " << endl;
    Complex c1;
    Complex c2(3, -4);
    Complex c3(c2);
    Complex c4 = c2;
    const Complex c5(3.5);

    cout << "c1 = "; output(c1); cout << endl;
    cout << "c2 = "; output(c2); cout << endl;
    cout << "c3 = "; output(c3); cout << endl;
    cout << "c4 = "; output(c4); cout << endl;
    cout << "c5.real = " << c5.get_real() 
         << ", c5.imag = " << c5.get_imag() << endl << endl;

    cout << "复数运算测试: " << endl;
    cout << "abs(c2) = " << abs(c2) << endl;
    c1.add(c2);
    cout << "c1 += c2, c1 = "; output(c1); cout << endl;
    cout << boolalpha;
    cout << "c1 == c2 : " << is_equal(c1, c2) << endl;
    cout << "c1 != c2 : " << is_not_equal(c1, c2) << endl;
    c4 = add(c2, c3);
    cout << "c4 = c2 + c3, c4 = "; output(c4); cout << endl;
}

void test_std_complex() {
    using std::cout;
    using std::endl;
    using std::boolalpha;

    cout << "std::complex<double>对象测试: " << endl;
    std::complex<double> c1;
    std::complex<double> c2(3, -4);
    std::complex<double> c3(c2);
    std::complex<double> c4 = c2;
    const std::complex<double> c5(3.5);

    cout << "c1 = " << c1 << endl;
    cout << "c2 = " << c2 << endl;
    cout << "c3 = " << c3 << endl;
    cout << "c4 = " << c4 << endl;

    cout << "c5.real = " << c5.real() 
         << ", c5.imag = " << c5.imag() << endl << endl;

    cout << "复数运算测试: " << endl;
    cout << "abs(c2) = " << abs(c2) << endl;
    c1 += c2;
    cout << "c1 += c2, c1 = " << c1 << endl;
    cout << boolalpha;
    cout << "c1 == c2 : " << (c1 == c2)<< endl;
    cout << "c1 != c2 : " << (c1 != c2) << endl;
    c4 = c2 + c3;
    cout << "c4 = c2 + c3, c4 = " << c4 << endl;
}

 

##2.运行测试截图

 

##回答问题

问题1：比较自定义类 Complex 和标准库模板类 complex 的用法，在使用形式上，哪一种更简洁？函数和运算内在有关

联吗？

答：标准库模板更简洁，函数与运算有关联，函数是对一段运算逻辑的封装

问题2：

2-1：自定义 Complex 中, output/abs/add/ 等均设为友元，它们真的需要访问 私有数据 吗？（回答“是/否”并
给出理由）
2-2：标准库 std::complex 是否把 abs 设为友元？（查阅 cppreference后回答）
2-3：什么时候才考虑使用 friend？总结你的思考。

答：2-1：否，完全可以通过get_real,get_imag接口获得私有属性的值。

　　2-2：否，他通过std::complex 的公有成员函数 real() 和 imag() 获取复数的实部和虚部，并非通过友元关系获得私有数据

　　2-3：当必须使用到对象的私有成员并且私有成员值无法由外部接口获取时用friend，或者是需要频繁获取私有成员值时考虑使用friend简化获取流程问题3：

问题3：如果构造对象时禁用=形式，即遇到 Complex c4 = c2; 编译报错，类Complex的设计应如何调整？

答：在 Complex 类中，将复制构造函数声明为 delete，删除复制构造函数，从而禁用 Complex c4 = c2; 这类初始化。

##任务3

###1.源代码

 

1.PlayerControl.h
#pragma once
#include <string>

enum class ControlType { Play, Pause, Next, Prev, Stop, Unknown };

class PlayerControl {
public:
    PlayerControl();
    ControlType parse(const std::string& control_str);
    void execute(ControlType cmd) const;
    static int get_cnt();

private:
    static int total_cnt;
};

2.PlayerControl.cpp
#include "PlayerControl.h"
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cctype>
//<cctype> 经查询时 C++ 标准库中的一个头文件，提供了一系列用于检查和转换字符类型的函数

int PlayerControl::total_cnt = 0;

PlayerControl::PlayerControl() {}

// 忽略大小写，转换为枚举值
ControlType PlayerControl::parse(const std::string& control_str) {
    //  将输入字符串转为全小写
    std::string lower_str = control_str;
    transform(lower_str.begin(), lower_str.end(), lower_str.begin(),
              [](unsigned char c) { return tolower(c); });

    if (lower_str == "play") return ControlType::Play;
    if (lower_str == "pause") return ControlType::Pause;
    if (lower_str == "next") return ControlType::Next;
    if (lower_str == "prev") return ControlType::Prev;
    if (lower_str == "stop") return ControlType::Stop;

}

void PlayerControl::execute(ControlType cmd) const {
    switch (cmd) {
        case ControlType::Play:
            std::cout << "[play] Playing music...\n";
            break;
        case ControlType::Pause:
            std::cout << "[Pause] Music paused\n";
            break;
        case ControlType::Next:
            std::cout << "[Next] Skipping to next track\n";
            break;
        case ControlType::Prev:
            std::cout << "[Prev] Back to previous track\n";
            break;
        case ControlType::Stop:
            std::cout << "[Stop] Music stopped\n";
            break;
        default:
            std::cout << "[Error] unknown control\n";
            break;
    }
    // 4. 每次执行成功操作次数+1
    total_cnt++;
}

// 获取当前控制操作总次数
int PlayerControl::get_cnt() {
    return total_cnt;
}
3.task3.cpp
#include "PlayerControl.h"
#include <iostream>

void test() {
    PlayerControl controller;
    std::string control_str;
    std::cout << "Enter Control: (play/pause/next/prev/stop/quit):\n";

    while(std::cin >> control_str) {
        if(control_str == "quit")
            break;
        
        ControlType cmd = controller.parse(control_str);
        controller.execute(cmd);
        std::cout << "Current Player control: " << PlayerControl::get_cnt() << "\n\n";
    }
}

int main() {
    test();
}

 

##2.运行测试代码

 

#任务4

##1.源代码

#pragma once
#include <string>

class Fraction {
public:
    static const std::string doc;

private:
   //up：分子，down：分母 
    int up;
    int down;

    // 计算最大公约数，reduce（）用到 
    int gcd(int a, int b) const;
    // 分数化简
    void reduce();

public:
    // 构造函数（支持3种构造方式）
    Fraction(int num);
    Fraction(int num, int den);
    Fraction(const Fraction& other);

    
    int get_up() const;
    int get_down() const;
    Fraction negative() const; // 求负，不修改原对象

    
    friend void output(const Fraction& f);
    friend Fraction add(const Fraction& f1, const Fraction& f2);
    friend Fraction sub(const Fraction& f1, const Fraction& f2);
    friend Fraction mul(const Fraction& f1, const Fraction& f2);
    friend Fraction div(const Fraction& f1, const Fraction& f2);
};


void output(const Fraction& f);
Fraction add(const Fraction& f1, const Fraction& f2);
Fraction sub(const Fraction& f1, const Fraction& f2);
Fraction mul(const Fraction& f1, const Fraction& f2);
Fraction div(const Fraction& f1, const Fraction& f2);

 

##2.运行测试截图

 ##回答问题

　　问题：分数的输出和计算， output/add/sub/mul/div ，你选择的是哪一种设计方案？（友元/自由函数/命名 空间+自由函数/类+static) 你的决策理由？如友元方案的优缺点、　　         静态成员函数方案的适用场景、命名空间方案的考虑因素等。 

　　答： 我选择的设计方案是：友元函数，比起频繁使用get_up,get_down接口函数，使用友元函数使得调用私有成员数值变得更加简洁和清晰，虽然破坏了一点封装性但是在这个任务中　　        影响不大。

#总结：

1.不改参数的函数全部加上const声明，这样可以增强函数的泛化能力（无论参数是否为const类型函数都能运行）

2.友元函数不是必要的，能使用接口获取私有成员值时可以不使用friend，以免破坏其封装性。但如果使用友元函数可以使代码简单，可以牺牲一部分封装性使用友元函数，看具体情况。

  在一些极其看重安全性的场景（如公司项目开发等）尽量不使用friend，而不太注重安全性的场景可以使用friend简化代码