实验一

1、实验任务一

源代码：

// 现代C++标准库、算法库体验
// 本例用到以下内容:
// 1. 字符串string, 动态数组容器类vector、迭代器
// 2. 算法库：反转元素次序、旋转元素
// 3. 函数模板、const引用作为形参
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
// 模板函数声明
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();
}
// 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';
}
// 测试1：组合使用算法库、迭代器、string反转字符串
void test1() {
using namespace std;
string s0{"0123456789"};
cout << "s0 = " << s0 << endl;
string s1(s0);
// 反转s1自身
reverse(s1.begin(), s1.end());
cout << "s1 = " << s1 << endl;
string s2(s0.size(), ' ');
// 将s0反转后结果拷贝到s2, s0自身不变
reverse_copy(s0.begin(), s0.end(), s2.begin());
cout << "s2 = " << s2 << endl;
}
// 测试2：组合使用算法库、迭代器、vector反转动态数组对象vector内数据
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);
}
// 测试3：组合使用算法库、迭代器、vector实现元素旋转移位
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};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环左移1位
rotate(v1.begin(), v1.begin()+1, v1.end());
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环左移2位
rotate(v2.begin(), v2.begin()+2, v2.end());
cout << "v2: "; output(v2);
vector<int> v3{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环右移1位
rotate(v3.begin(), v3.end()-1, v3.end());
cout << "v3: "; output(v3);
vector<int> v4{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环右移2位
rotate(v4.begin(), v4.end()-2, v4.end());
cout << "v4: "; output(v4);
}

运行结果图：

 观察与思考：

问题一：reverse 和 reverse_copy 有什么区别？

reverse直接对变量本身进行反转，reverse将变量反转后的结果复制到新的变量中，变量本身不变。

问题二：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？

对指定迭代器区间内的元素进行循环移位，将区间分为两部分并交换顺序，形成 “后一部分在前、前一部分在后” 的新顺序；三个参数分别是first元素开始位置、middle分割前后两部分的元素位置、last结束的元素位置。

 

2、实验任务二

源代码：

#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)); // 添加随机种子
std::cout << "测试1: \n";
test1();
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;
// 求平均值
double avg1 = accumulate(v0.begin(), v0.end(), 0.0) / v0.size();
cout << "均值: " << fixed << setprecision(2) << avg1 << endl;
sort(v0.begin(), v0.end());
double avg2 = accumulate(v0.begin()+1, v0.end()-1, 0.0) / (v0.size()-2);
cout << "去掉最大值、最小值之后，均值: " << avg2 << endl;
}

运行结果图：

 观察与思考：

问题一：generate 算法的作用是什么？

通过调用generate_random_number函数生成值，将生成的连续值依次赋值给 [first, last) 区间内的元素，实现批量生成数据。

问题二：minmax_element 和分别调用 min_element 、 max_element 相比，有什么优势？

minmax_element 一次遍历即可同时获取最大和最小值，比分别调用 min_element 和 max_element效率更高。

问题三：把代码中函数 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。

效果相同，但是lambda 表达式是匿名函数，逻辑更简单、代码更清楚。

 

3、实验任务三

源代码

#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';
}

运行结果图：

 观察与思考：

问题一：自定义函数 func 功能是什么？

将字母字符转为下一个字母

问题二：tolower 和 toupper 功能分别是什么？

把字符串中的字母变成小写和把字符串中的字母变成大写字母。

问题三：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？

第一个参数是待处理数据的起始位置，第二个参数是待处理数据的结束位置，第三个参数是处理后的数据的存储起始位置，第四个参数是变换函数；如果修改第三个参数，则会在原本的字符串上直接修改。

 

4、实验任务四

源代码： 

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
bool is_palindrome(const std::string &s);
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s);
int main() {
using namespace std;
string s;
// 多组输入，直到按下Ctrl+Z结束测试
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";
}
}
// 函数is_palindrome定义
// 待补足
bool is_palindrome(const std::string &s) {
    int left = 0;                  
    int right = s.size() - 1;         
    while (left < right) {
        if (s[left] != s[right]) {
            return false;
        }
        left++;   
        right--;  
    }
    return true;
}
// 函数is_palindrome_ignore_case定义
// 待补足
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s) {
    int left = 0;
    int right = s.size() - 1;
    
    while (left < right) {
        unsigned char left_char = static_cast<unsigned char>(s[left]);
        unsigned char right_char = static_cast<unsigned char>(s[right]);
        if (tolower(left_char) != tolower(right_char)) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}

测试结果图：

观察与思考：

问题一：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？

使用std::getline函数即可。

 

5、实验任务五

源代码：

#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\n";
}
}
// 函数dec2n定义
// 待补足
std::string dec2n(int x, int n) {
    if (x == 0) {
        return "0";
    }
    const std::string zidian = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    std::string result;
    while (x > 0) {
        int res = x % n;
        x = x / n;          
        result += zidian[res];
    }

    std::reverse(result.begin(), result.end());

    return result;
}

测试结果图：

 

6、实验任务六

源代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;


int main() {
    vector<char> s0{'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<<' '<<' ';
    for(auto ch : s0)
    {
        cout<<' '<<ch;
    }
    cout<<endl;
    int i=1;
    for(auto &c:s0)
    c=(char)toupper(c);
    while(i<=26)
    {        if(i<=9)        cout<<' ';
        cout<<i<<' ';
        rotate(s0.begin(),s0.begin()+1,s0.end());
        for(auto ch : s0)
    {
        cout<<ch<<' ';
    }
    cout<<endl;
    i++;
    }
    return 0;
}

 

测试结果图：

 

 

7、实验任务七

源代码：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <iomanip>

using namespace std;

int main() {
    srand(time(0));
    
    int correct = 0; 
    const int total = 10;  
    
    for (int i = 0; i < total; i++) {
       
        int a = rand() % 10 + 1;
        int b = rand() % 10 + 1;
        
        
        int op = rand() % 4;
        
       
        if (op == 1) {
            if (a < b) {
                swap(a, b); 
            }
        }
        
        else if (op == 3) {
           if(a%b!=0){
               int multiple = rand() % 10 + 1;  
            a = b * multiple;
           
            if (a > 10) {
                a = b; 
            }
           }
        }
        int answer;
        char op_char;
        switch (op) {
            case 0:
                answer = a + b;
                op_char = '+';
                break;
            case 1:
                answer = a - b;
                op_char = '-';
                break;
            case 2:
                answer = a * b;
                op_char = '*';
                break;
            case 3:
                answer = a / b;
                op_char = '/';
                break;
        }
        
        cout << a << " " << op_char << " " << b << " = ";
        int user_answer;
        cin >> user_answer;
       
        if (user_answer == answer) {
            correct++;
        } 
    }
    double rate = (double)correct / total * 100;
    cout << "正确率: " << fixed << setprecision(2) << rate << "%" << endl;
    
    return 0;
}

测试结果图：

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