实验4
任务1
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 = 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(int i = 0; i < rates.size(); ++i) rates[i] = counts[i] * 1.0 / grades.size(); is_dirty = false; // 更新脏标记 }
demo1.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(); }
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。
答：std::string course_name，储存课程名称；std::vector<int> grades，动态数组存储成绩；std::array<int, 5> counts，用固定大小的整数存储容器存储数据；std::array<double, 5> rates，用固定大小的浮点数存储容器存储数据
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。
答：不合法，因为grades是私有成员，外部无法直接调用
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？
答：1次，成绩变更的标志
（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。
答：需要，因为更改成绩后会改变数据状态，需确保compute在数据更新后进行
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。
答：在sort函数里加。if （n%2==0）number=(grade[n/2-1]+grade[n/2])/2;else number=grade[n/2]
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？
答：不能。compute被多次调用时。
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）
答：没有
（2）对性能有影响吗？如有影响，用一句话陈述具体影响。
答：分配内存导致性能下降
任务2
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 = 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(int 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(); }
运行结果
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。
答：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。
答：不会，因为是私有继承；不能，私有在外部不能直接访问
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。
答：继承：内部可直接用接口，外部无法直接访问；组合：需要通过封装性接口，封装性更可控
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。
答：组合，因为便于在外部访问
任务3
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; } }
demo3.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：
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。
答：std::vector<Graph*> graphs; 存储图形对象的指针
（2）写出Graph.hpp中体现"继承"关系的类声明代码行。
答：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？
答：g->draw会调用基类的空draw，非子类的draw不会有实际效果
（2）若Canvas类std::vector<Graph*>改成std::vector<Graph>，会出现什么问题？
答：子类的数据丢失，无法实现多态
（3）若~Graph()未声明成虚函数，会带来什么问题？
答：仅执行基类的析构，子类析构不执行
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。
答：Graph.hpp中添加Star的继承及功能声明；Gragh.cpp中实现star的draw函数，工具函数添加star对应的语句
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？
答：Canvas的析构函数
（2）使用原始指针管理内存有何利弊？
答：利：便于直接操作；弊：容易内存泄漏
任务4
Toy.hpp
#pragma once #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 Fun() const = 0; std::string getname() const{return name; } std::string gettype() const{return type; } }; class Car:public Toy{ public: Car(const std::string& n) : Toy(n, "汽车") {} void Fun() const override; }; class Doll:public Toy { public: Doll(const std::string& n) : Toy(n, "玩偶") {} void Fun() const override; }; class ToyFactory { private: std::vector<Toy*> toys; public: ~ToyFactory(); void add(Toy* toy); void show() const; };
Toy.cpp
#include "Toy.hpp" #include <iostream> void Car::Fun()const{ std::cout <<getname()<< " ：可以行驶" <<std::endl; } void Doll::Fun()const { std::cout<<getname()<< " ：播放音乐"<<std::endl; } ToyFactory::~ToyFactory(){ for (Toy* toy:toys){ delete toy; } } void ToyFactory::add(Toy* toy){ toys.push_back(toy); } void ToyFactory::show() const{ std::cout << "===== 玩具工厂所有玩具 =====" << std::endl; for (const Toy* toy : toys){ std::cout<<"名称："<<toy->getname()<<" 类型："<< toy->gettype() << ""; toy->Fun(); } }
demo4.cpp
#include "Toy.hpp" #include <iostream> int main() { ToyFactory f; f.add(new Car("小汽车")); f.add(new Doll("小熊")); f.show(); return 0; }
运行结果：
浙公网安备 33010602011771号