实验一 现代C++编程初体验

实验任务一
源代码：

#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 << "测试2： \n";
    test2();
    std::cout << "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);
}

运行测试截图：

观察与思考：

1.reverse 和 reverse_copy 有什么区别？

　　reverse 会直接在原字符串上直接进行反转操作，改变了原容器内容。

　　reverse_copy 则会把反转后的结果复制到另一个容器中，原容器保持不变。

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？

　　功能：将范围为 [first, last)的以 middle 为分割点，将 [first, middle) 和 [middle, last) 两部分交换顺序，形成范围为 [middle, last) + [first, middle)的新字符串。

　　三个参数：

　　　　first：范围的起始迭代器；

　　　　middle：旋转的分割点迭代器，即旋转后此位置的元素将成为首元素；

　　　　last：范围的结束迭代器。

实验任务二

 源代码：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
     
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();
     
        std::cout << "\n测试2: \n";
        test2();
     }
    
     template <typename T>
     void output(const T &c) {
    for(auto &i : c)
            std::cout << i << ' ';
       std::cout << '\n';
     }
    
     int generate_random_number() {
     return std::rand() % 101;
 }
     
     void test1() {
         using namespace std;
     
         vector<int> v0(10);
     generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number);
       cout << "v0: "; output(v0);

        vector<int> v1{v0};
     sort(v1.begin(), v1.end());
         cout << "v1: "; output(v1);
         vector<int> v2{v0};
        sort(v2.begin()+1, v2.end()-1);
     cout << "v2: "; output(v2);
 }
     void test2() {
         using namespace std;
 
     vector<int> v0(10);
     generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number);
     cout << "v0: "; output(v0);
 
     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;
 
    auto ans = minmax_element(v0.begin(), v0.end());
    cout << "最小值: " << *(ans.first) << endl;
    cout << "最大值: " << *(ans.second) << endl;

    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;
}

运行结果截图：

观察与思考：

1.generate 算法的作用是什么？

　　generate 算法的核心是 “按照某种逻辑或规则创建内容”。在任务二中，用生成指定范围和数据元素的vector容器。

2.minmax_element 和分别调用 min_element 、 max_element 相比，有什么优势？

　    通过一次遍历，完成了两次操作。减少了时间开销，使代码更加简洁。

3.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。

　　效果等同。C++ lambda表达式用法：lambda表达式是一种匿名函数，语法格式为 [捕获列表] (参数列表) -> 返回值类型 { 函数体 } 。其中捕获列表用于指定外部变量的访问方式（如 [] 空捕获、 [&] 引用捕获、 [=] 值捕获等）；参数列表和普通函数类似；返回值类型可省略，由编译器自动推导。示例中的lambda [](){return std::rand()%101;} 属于无捕获、无参数、返回 int 类型的简单形式。lambda可以直接在使用的地方定义，避免单独定义命名函数的麻烦。

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';
}

 运行测试截图：

观察与思考：

1.自定义函数 func 功能是什么？

　　将单个字母变为字母表顺序的后一字母（z变为a，Z变为A）。

 

2.tolower 和 toupper 功能分别是什么？

　　tolower：将大写字母变为小写；toupper：将小写字母变为大写。非字母的字符不变。

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？

      分别为：要转换的元素的起始位置；要转换的元素的结束位置，（ “左闭右开” ）；转换后元素的存放起始位置；一元操作函数，用于对输入范围的每个元素执行转换（接收一个输入元素，返回转换后的结果）。

　   区别：改为s1.begin（）后s1中的原始元素将会被覆盖。

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
bool is_palindrome(const std::string &s){
    using namespace std;
    string ss(s.size(),' ');
    reverse_copy(s.begin(),s.end(),ss.begin());
    if(ss==s){
        return true;
    }
    else{
        return false;
    }
}

// 函数is_palindrome_ignore_case定义
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s){
    using namespace std;
    string ss;
    for(auto &i:s){
        ss+=tolower(i);
    }
    string rev(s.size(),' ');
    reverse_copy(ss.begin(),ss.end(),rev.begin());
    if(rev==ss){
        return true;
    }
    else{
        return false;
    }
}

运行结果截图：

观察与思考： 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？ 

　　可以使用 std::getline 函数。

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
std::string dec2n(int x, int n){
    using namespace std;
    string ans;
    if(x==0) return "0";
    while(x){
        if(x%n<=9){
            ans+=static_cast<char>(x%n+'0');
        }
        else{
            ans+=static_cast<char>('A'+(x%n-10));
        }
        x/=n;
    }
    reverse(ans.begin(),ans.end());
    return ans;
}

运行测试截图：

实验任务六

源代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
void func(string &s){
    auto t=s[0];
    for(auto i=0;i<s.size()-1;i++){
        s[i]=s[i+1];
    }
    s[s.size()-1]=t;
    for(auto &i:s){
        cout<<setw(2)<<i;
    }
    cout<<'\n';
}
int main(){
    string s1,s2;
    for(char i='a';i<='z';i++){
        s1+=i;
    }
    cout<<"  ";
    for(auto i=0;i<s1.size();i++){
        cout<<setw(2)<<s1[i];
    }
    cout<<'\n';
    for(auto &i:s1){
        s2+=toupper(i);
    }
    int cnt=1;
    while(cnt<=26){
        cout<<setw(2)<<cnt++;
           func(s2);
    }
    
    
    return 0;
}

运行测试截图：

实验任务七

源代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
void func(string &s){
    auto t=s[0];
    for(auto i=0;i<s.size()-1;i++){
        s[i]=s[i+1];
    }
    s[s.size()-1]=t;
    for(auto &i:s){
        cout<<setw(2)<<i;
    }
    cout<<'\n';
}
int main(){
    int ans[11],res[11];
    srand(time(0));
    int sign,x,y,cnt=1;
    double r;
    
    while(cnt<=10){
        sign=rand()%4;
        if(sign==0){
            x=rand()%9+1;
            y=rand()%9+1;
            cout<<x<<'+'<<y<<'=';
            ans[cnt]=x+y;
            cin>>res[cnt];
        }
        else if(sign==1){
            do{
                x=rand()%9+1;
                y=rand()%9+1;
            }while(x<=y);
            cout<<x<<'-'<<y<<'=';
            ans[cnt]=x-y;
            cin>>res[cnt];
        }
        else if(sign==2){
            x=rand()%9+1;
            y=rand()%9+1;
            cout<<x<<'*'<<y<<'=';
            ans[cnt]=x*y;
            cin>>res[cnt];
        }
        else{
            do{
                x=rand()%9+1;
                y=rand()%9+1;
            }while(x%y!=0);
            cout<<x<<'/'<<y<<'=';
            ans[cnt]=x/y;
            cin>>res[cnt];
        }
        cnt++;
    }
    int count=0;
    for(int i=1;i<=10;i++){
        if(ans[i]==res[i]) count++;
    }
    r=count/10.0;
    cout<<fixed<<setprecision(2)<<r*100<<'%'<<'\n';
    
    
    return 0;
}

运行结果截图：

实验总结：

1.C++标准库中有很多非常方便的接口函数，熟练掌握可以减少代码量，节省时间。比如这次实验中的reverse，reverse_copy,tolower,toupper等函数。

2.注意区分cin >>与getline的输入差异，解决包含空格的字符串读取问题。

3.初步了解了 lambda 表达式的语法与场景。