实验1 现代C++基础编程

任务1：

源代码task1.cpp：

// 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);
}

 运行结果截图：

观察与思考：

reverse直接对数组本身进行操作，reverse_copy将反转结果输出到另一个数组（而原数组不变）

rotate算法是将原数组各个元素向左移/右移（超过的部分到移动的末尾），3个元素分别表示：移动起点和操作起点、移动目标（相对于起点）和操作终点

任务2：

源代码task2.cpp：

#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;
}

运行结果截图：

观察与思考：

generate的算法是：以参数3的生成方式，对以参数1为起点，参数2为终点的数组生成数组

minmax_element和分别调用min_element和max_element相比，形式上更简洁，可读性更好

lambda函数通常适用于需要函数作为参数传递的场景。

任务3：

源代码task3.cpp：

#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';
}

运行结果截图：

 

观察与思考：

func的功能是：若字符c是字母，则将字符c后移一位（循环移位）

toupper将字符串中所有字母转换为大写字母，tolower将字符串所有字母转换为小写字母

transform的四个参数分别代表：在参数1、参数2所指代的函数中，参数1为起点，参数2为终点，以参数4的方式转换并复制到参数3所在的字符串中。将参数3从s2.begin()改为s1.begin()，效果就变为在原字符串进行修改。

任务4：

源代码task4.cpp：

#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)
{
    int i = 0, j = s.length()-1;
    //std::cout<<i<<j<<std::endl;
    while(i<j)
    {
        if(s[i]!=s[j])
            return false;
        i++,j--;
    }
    return true;
}

// 函数is_palindrome_ignore_case定义
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s)
{
    std::string s_;
    std::transform(s.begin(), s.end(), s_.begin(), ::tolower);
    return is_palindrome(s_);
}

运行结果截图：

观察与思考：

将 cin >> s; 改为 getline(cin, s); 

任务5：

源代码task5.cpp：

#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)
{
    int x_ = x;
    std::string s;
    if (x==0)
        return "0";
    else
        while(x_)
        {
            int r = x_ % n;
            x_ /= n;
            if(r >= 10)
            {
                s = (char)('A' - 10 + r) + s;
            }
            else
            {
                s = (char)('0' + r) + s;
            }
        }
    return s;
}

运行结果截图：

任务6：

源代码task6.cpp：

#include <iostream>
#include <iomanip>
int main()
{
    int i, j;
    std::cout<<"   ";
    for(j=0;j<26;j++)
    {
        std::cout<<(char)('a'+j)<<" ";
    }
    std::cout<<std::endl;
    for(i=1;i<=26;i++)
    {
        std::cout<<std::setw(2)<<i<<' ';
        for(j=0;j<26;j++)
            std::cout<<(char)('A'+(i+j)%26)<<' ';
        std::cout<<std::endl;
    }
}

运行结果截图：

任务7：

源代码task7.cpp：

#include <iostream>
#include <iomanip>
int main()
{
    int a, b, i, result, count = 0, op;
    srand(unsigned(time(0)));
    for(i=0; i<10; i++)
    {
        op = rand()%4;
        switch(op)
        {
            case 0:
            {
                a = rand()%10+1;
                b = rand()%10+1;
                result = a+b;
                break;
            }
            case 1:
            {
                while(a<b)
                {
                    a = rand()%10+1;
                    b = rand()%10+1;
                }
                result = a-b;
                break;
            }
            case 2:
            {
                a = rand()%10+1;
                b = rand()%10+1;
                result = a*b;
                break;
            }
            case 3:
            {
                while(a%b)
                {
                    a = rand()%10+1;
                    b = rand()%10+1;
                }
                result = a/b;
            }
        }
        std::string op_string = "+-*/";
        std::cout<<a<<" "<<op_string[op]<<" "<<b<<" "<<"="<<" ";
        int answer;
        std::cin>>answer;
        if(answer==result) count++;
    }
    std::cout<<std::fixed<<std::setprecision(2)<<"正确率："<<
    (double)(10 * count)<<"%"<<std::endl;
}

运行结果截图：