实验1 现代C++编程初体验

任务一:

源代码

#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:

问题:

(1)reverse:原地反转，直接修改原容器. reverse(v.begin(), v.end() )，v 本身被反转。

     reverse_copy：拷贝反转，原容器不变，结果存到另一个容器。 reverse_copy(v.begin(), v.end() ,result.begin() )，v 不变，result 是反转后的副本。

 

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:

问题:

(1)generate:用指定的生成器函数（或函数对象）的结果，填充一个范围内的所有元素

 (2)minmax_element 的优势

效率更高：只需一次遍历就能同时找到最小和最大值。

保证一致性：返回的迭代器指向的是同一时刻容器中的最小和最大值（对于可能变化的容器很重要）。

(3)等同. 优势:

1. 简单逻辑 - 一次性使用，代码更紧凑

2. 需要外部变量 - 直接捕获，不用改函数参数

3. 保持状态 - 通过引用捕获维护状态

4. 内联定义 - 逻辑直接可见，不用跳转查看函数定义

任务三:

#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:

问题:

(1)func函数功能:字母循环后移一位

(2)tolower：大写字母转小写，其他字符不变

   toupper：小写字母转大写，其他字符不变

(3)s1.begin() - 输入范围起点

   s1.end() - 输入范围终点

    s2.begin() - 输出位置起点

   func-转换函数

(4)结果会直接覆盖s1的内容，s2无效

 

任务四:

源代码:

#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;

    // 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";
    }     
}

// 严格区分大小写的回文判断
bool is_palindrome(const std::string &s) {
    int left = 0;
    int right = s.length() - 1;
    
    while (left < right) {
        if (s[left] != s[right]) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}

// 不区分大小写的回文判断
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s) {
    int left = 0;
    int right = s.length() - 1;
    
    while (left < right) {
        // 转换为小写后比较
        if (std::tolower(s[left]) != std::tolower(s[right])) {
            return false;
        }
        left++;
        right--;
    }
    return true;
}

运行结果:

问题:

用std::getline()代替cin>>s

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"; 
    }
}


// 十进制转n进制函数（x >= 0, 2 <= n <= 36）
std::string dec2n(int x, int n) {
    if (x == 0) return "0";
    
    std::string result;
    const char digits[] = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
    
    // 不断除以n取余数
    while (x > 0) {
        int remainder = x % n;
        result += digits[remainder];
        x /= n;
    }
    
    std::reverse(result.begin(), result.end());
    
    return result;
}

运行结果:

 

任务六:

源代码:

#include <iostream>
 #include <string>
 #include <vector>
 #include <algorithm>
using namespace std;
template <typename T>
void output(const T &c){
    for(auto &i:c)
        cout<<i<<" ";
    cout<<endl;
}
int main(){
    vector <char> m{'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<<"  ";output(m);
    vector <char> v{'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','A'};
    cout<<1<<" ";output(v);
    for(int i=2;i<=26;i++){
    rotate(v.begin(),v.begin()+1,v.end());
    cout<<i<<" ";output(v);
}
return 0; 
}

运行结果:

任务七:

#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;

// 检查题目
bool check(int op) {
    int a, b;
    char opChar;
    int ans;
    int user;
    
    switch (op) {
        case 0: // 加法
            a = rand() % 10 + 1;
            b = rand() % 10 + 1;
            opChar = '+';
            ans = a + b;
            break;
            
        case 1: // 减法
            b = rand() % 10 + 1;
            a = rand() % (10 - b + 1) + b;
            opChar = '-';
            ans = a - b;
            break;
            
        case 2: // 乘法
            a = rand() % 10 + 1;
            b = rand() % 10 + 1;
            opChar = '*';
            ans = a * b;
            break;
            
        case 3: // 除法
            do {
                b = rand() % 10 + 1;
                a = rand() % 10 + 1;
            } while (a % b != 0 || a / b > 10);
            opChar = '/';
            ans = a / b;
            break;
    }
    
    cout << a << " " << opChar << " " << b << " = ";
    cin >> user;
    
    return user == ans;
}

// 计算正确率
double rate(int correct, int total) {
    return (correct * 100.0) / total;
}

int main() {
    srand(time(0));  // 使用时间作为随机种子，确保每次运行题目不同
    
    int correct = 0;
    const int total = 10;
    
    for (int i = 0; i < total; i++) {
        int op = rand() % 4;
        
        if (check(op)) {
            correct++;
        }
    }
    
    double accuracy = rate(correct, total);
    cout << "\n正确率：" << accuracy << "%" << endl;
    
    return 0;
}

运行结果: