实验三

实验任务一:

button.hpp

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <iostream>
 4 #include <string>
 5 
 6 class Button {
 7 public:
 8     Button(const std::string &label_);
 9     const std::string& get_label() const;
10     void click(); 
11     
12 private:
13     std::string label;
14 };
15 
16 Button::Button(const std::string &label_): label{label_} {
17 }
18 
19 inline const std::string& Button::get_label() const {
20     return label;
21 }
22 
23 inline void Button::click() {
24     std::cout << "Button '" << label << "' clicked\n";
25 }

window.cpp

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <iostream>
 4 #include <vector>
 5 #include <algorithm>
 6 #include "button.hpp"
 7 
 8 // 窗口类
 9 class Window{
10 public:
11     Window(const std::string &title_);
12     void display() const;
13     void close();
14     void add_button(const std::string &label);
15     void click_button(const std::string &label); 
16     
17 private:
18     bool has_button(const std::string &label) const;
19     
20 private:
21     std::string title;
22     std::vector<Button> buttons;
23 };
24 
25 Window::Window(const std::string &title_): title{title_} {
26     buttons.push_back(Button("close"));
27 }
28 
29 inline void Window::display() const {
30     std::string s(40, '*');
31     std::cout << s << std::endl;
32     std::cout << "window : " << title << std::endl;
33     int cnt = 0;
34     for(const auto &button: buttons)
35         std::cout << ++cnt << ". " << button.get_label() << std::endl;
36     std::cout << s << std::endl;
37 }
38 
39 inline void Window::close() {
40     std::cout << "close window '" << title << "'" << std::endl;
41     click_button("close");
42 }
43 
44 inline bool Window::has_button(const std::string &label) const {
45     for(const auto &button: buttons)
46         if(button.get_label() == label)
47             return true;
48             
49     return false;
50 }
51 
52 inline void Window::add_button(const std::string &label) {
53     if(has_button(label))
54         std::cout << "button " << label << " already exists!\n";
55     else
56         buttons.push_back(Button(label));
57 }
58 
59 inline void Window::click_button(const std::string &label) {
60     for(auto &button:buttons)
61         if(button.get_label() == label) {
62             button.click();
63             return;
64         }
65         
66     std::cout << "no button: " << label << std::endl;
67 }

task3.1.cpp

 1 #include "window.hpp"
 2 #include <iostream>
 3 
 4 void test(){
 5     Window w("Demo");
 6     w.add_button("add");
 7     w.add_button("remove");
 8     w.add_button("modify");
 9     w.add_button("add");
10     w.display();
11     w.close();
12 }
13 
14 int main() {
15     std::cout << "用组合类模拟简单GUI:\n";
16     test();
17 }

运行结果：

问题1:是，组合关系是整体包含部分，部分生命周期由整体管理，Window包含Button,Button由Window管理

问题2:

（1）优点：可以直接访问判断按钮是否存在缺点：不安全，可以被随意调用，破坏了封装性

（2）public是可以在类外直接使用，用户需要的，private是仅为内部实现细节，不易破坏对象状态

问题3:

接口1：性能：不会拷贝，直接返回内部成员的引用安全性：返回const引用，外部不能修改内部数据

接口2：性能：会拷贝内部字符串安全性：返回拷贝，外部不能修改内部数据

问题4:程序能正常运行，xx.push_back(Button(xxx))：先构造临时Button对象，再拷贝到容器中，xx.emplace_back(xxx)：不拷贝，直接在容器内存中构造Button对象

实验任务二：

task3.2.cpp

 1 #include <iostream>
 2 #include <vector>
 3 
 4 void test1();
 5 void test2();
 6 void output1(const std::vector<int> &v);
 7 void output2(const std::vector<int> &v);
 8 void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v);
 9 
10 int main() {
11     std::cout << "深复制验证1: 标准库vector<int>\n";
12     test1();
13 
14     std::cout << "\n深复制验证2: 标准库vector<int>嵌套使用\n";
15     test2();
16 }
17 
18 void test1() {
19     std::vector<int> v1(5, 42);
20     const std::vector<int> v2(v1);
21 
22     std::cout << "**********拷贝构造后**********\n";
23     std::cout << "v1: "; output1(v1);
24     std::cout << "v2: "; output1(v2);
25     
26     v1.at(0) = -1;
27 
28     std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n";
29     std::cout << "v1: "; output1(v1);
30     std::cout << "v2: "; output1(v2); 
31 }
32 
33 void test2() {
34     std::vector<std::vector<int>> v1{{1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}};
35     const std::vector<std::vector<int>> v2(v1);
36 
37     std::cout << "**********拷贝构造后**********\n";
38     std::cout << "v1: "; output3(v1);
39     std::cout << "v2: "; output3(v2);
40 
41     v1.at(0).push_back(-1);
42 
43     std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n";
44     std::cout << "v1: \n";  output3(v1);
45     std::cout << "v2: \n";  output3(v2);
46 }
47 
48 // 使用xx.at()+循环输出vector<int>数据项
49 void output1(const std::vector<int> &v) {
50     if(v.size() == 0) {
51         std::cout << '\n';
52         return;
53     }
54     
55     std::cout << v.at(0);
56     for(auto i = 1; i < v.size(); ++i)
57         std::cout << ", " << v.at(i);
58     std::cout << '\n';  
59 }
60 
61 // 使用迭代器+循环输出vector<int>数据项
62 void output2(const std::vector<int> &v) {
63     if(v.size() == 0) {
64         std::cout << '\n';
65         return;
66     }
67     
68     auto it = v.begin();
69     std::cout << *it;
70 
71     for(it = v.begin()+1; it != v.end(); ++it)
72         std::cout << ", " << *it;
73     std::cout << '\n';
74 }
75 
76 // 使用auto for分行输出vector<vector<int>>数据项
77 void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v) {
78     if(v.size() == 0) {
79         std::cout << '\n';
80         return;
81     }
82 
83     for(auto &i: v)
84         output2(i);
85 }

运行结果：

问题1：第一行是填充构造，第二行是拷贝构造，v1，v2都包含5个

问题2：2，2，4

问题3：能，v1.at(0)会越界检查，v1[0]不会越界检查

问题4：

(1)能，v1.at(0)返回v1第一个元素的引用，r是该引用的别名，r.size()-1是最后一个元素的索引

(2)优势：不会拷贝限制：不能修改引用指向的对象

问题5:

(1)深复制

(2)int &,const int &,必须提供带const修饰的重载版本

实验任务三：

vectorInt.hpp

  1 #pragma once
  2 
  3 #include <iostream>
  4 
  5 // 动态int数组对象类
  6 class vectorInt{
  7 public:
  8     vectorInt();
  9     vectorInt(int n_);
 10     vectorInt(int n_, int value);
 11     vectorInt(const vectorInt &vi);
 12     ~vectorInt();
 13     
 14     int size() const;
 15     int& at(int index);
 16     const int& at(int index) const;
 17     vectorInt& assign(const vectorInt &vi);
 18 
 19     int* begin();
 20     int* end();
 21     const int* begin() const;
 22     const int* end() const;
 23 
 24 private:
 25     int n;     // 当前数据项个数
 26     int *ptr;  // 数据区
 27 };
 28 
 29 vectorInt::vectorInt():n{0}, ptr{nullptr} {
 30 }
 31 
 32 vectorInt::vectorInt(int n_): n{n_}, ptr{new int[n]} {
 33 }
 34 
 35 vectorInt::vectorInt(int n_, int value): n{n_}, ptr{new int[n_]} {
 36     for(auto i = 0; i < n; ++i)
 37         ptr[i] = value;
 38 }
 39 
 40 vectorInt::vectorInt(const vectorInt &vi): n{vi.n}, ptr{new int[n]} {
 41     for(auto i = 0; i < n; ++i)
 42         ptr[i] = vi.ptr[i];
 43 }
 44 
 45 vectorInt::~vectorInt() {
 46     delete [] ptr;
 47 }
 48 
 49 int vectorInt::size() const {
 50     return n;
 51 }
 52 
 53 const int& vectorInt::at(int index) const {
 54     if(index < 0 || index >= n) {
 55         std::cerr << "IndexError: index out of range\n";
 56         std::exit(1);
 57     }
 58 
 59     return ptr[index];
 60 }
 61 
 62 int& vectorInt::at(int index) {
 63     if(index < 0 || index >= n) {
 64         std::cerr << "IndexError: index out of range\n";
 65         std::exit(1);
 66     }
 67 
 68     return ptr[index];
 69 }
 70 
 71 vectorInt& vectorInt::assign(const vectorInt &vi) { 
 72     if(this == &vi) 
 73         return *this;
 74 
 75     int *ptr_tmp;
 76     ptr_tmp = new int[vi.n];
 77     for(int i = 0; i < vi.n; ++i)
 78         ptr_tmp[i] = vi.ptr[i];
 79     
 80     delete[] ptr;
 81     n = vi.n;
 82     ptr = ptr_tmp;
 83     return *this;
 84 }
 85 
 86 int* vectorInt::begin() {
 87     return ptr;
 88 }
 89 
 90 int* vectorInt::end() {
 91     return ptr+n;
 92 }
 93 
 94 const int* vectorInt::begin() const {
 95     return ptr;
 96 }
 97 
 98 const int* vectorInt::end() const {
 99     return ptr+n;
100 }

task3.3.cpp

 1 #include "vectorInt.hpp"
 2 #include <iostream>
 3 
 4 void test1();
 5 void test2();
 6 void output1(const vectorInt &vi);
 7 void output2(const vectorInt &vi);
 8 
 9 int main() {
10     std::cout << "测试1: \n";
11     test1();
12 
13     std::cout << "\n测试2: \n";
14     test2();
15 }
16 
17 void test1() {
18     int n;
19     std::cout << "Enter n: ";
20     std::cin >> n;
21 
22     vectorInt x1(n);
23     for(auto i = 0; i < n; ++i)
24         x1.at(i) = (i+1)*10;
25     std::cout << "x1: ";  output1(x1);
26 
27     vectorInt x2(n, 42);
28     vectorInt x3(x2);
29     x2.at(0) = -1;
30     std::cout << "x2: ";  output1(x2);
31     std::cout << "x3: ";  output1(x3);
32 }
33 
34 void test2() {
35     const vectorInt  x(5, 42);
36     vectorInt y;
37 
38     y.assign(x);
39 
40     std::cout << "x: ";  output2(x);
41     std::cout << "y: ";  output2(y);
42 }
43 
44 // 使用xx.at()+循环输出vectorInt对象数据项
45 void output1(const vectorInt &vi) {
46     if(vi.size() == 0) {
47         std::cout << '\n';
48         return;
49     }
50         
51     std::cout << vi.at(0);
52     for(auto i = 1; i < vi.size(); ++i)
53         std::cout << ", " << vi.at(i);
54     std::cout << '\n';
55 }
56 
57 // 使用迭代器+循环输出vectorInt对象数据项
58 void output2(const vectorInt &vi) {
59     if(vi.size() == 0) {
60         std::cout << '\n';
61         return;
62     }
63     
64     auto it = vi.begin();
65     std::cout << *it;
66 
67     for(it = vi.begin()+1; it != vi.end(); ++it)
68         std::cout << ", " << *it;
69     std::cout << '\n';
70 }

运行结果：

问题1：不能先delete[] ptr,会导致ptr已释放但未初始化，没有if(this==&vi)，自赋值会先释放ptr，再访问vi.ptr，导致未定义

问题2：

(1)作用是将vectorInt *转换为const vectorInt *,this转换前vectorInt *，转换后const vectorInt *，目的是让不是const的at()能调用const的at()

(2)作用是将const int &转换为int &,转换前是const int &，转换后是int &,目的是移除const 属性

问题3：

(1)v1.begin()调用非const版本，v2.begin()调用const版本，非const重载用于不是const的对象，可修改指向的元素，const重载用于const对象，只可读

问题4：可以，

功能：

std::fill_n(ptr, n, value)：将ptr指向的连续n个元素赋值给value

std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr)：将vi.ptr指向的n个元素拷贝到ptr指向的内存中

std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr_tmp)：从vi.ptr开始，复制vi.n个元素到ptr_tmp.

实验任务四：

matrix.hpp

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <iostream>
 4 #include <algorithm>
 5 #include <cstdlib>
 6 
 7 // 类Matrix声明
 8 class Matrix {
 9 public:
10     Matrix(int rows_, int cols_, double value = 0); // 构造rows_*cols_矩阵对象, 初值value
11     Matrix(int rows_, double value = 0);    // 构造rows_*rows_方阵对象, 初值value
12     Matrix(const Matrix &x);    // 深复制
13     ~Matrix();
14 
15     void set(const double *pvalue, int size);   // 按行复制pvalue指向的数据，要求size=rows*cols,否则报错退出
16     void clear();   // 矩阵对象数据项置0
17     
18     const double& at(int i, int j) const;   // 返回矩阵对象索引(i,j)对应的数据项const引用（越界则报错后退出）
19     double& at(int i, int j);   // 返回矩阵对象索引(i,j)对应的数据项引用（越界则报错后退出）
20     
21     int rows() const;   // 返回矩阵对象行数
22     int cols() const;   // 返回矩阵对象列数
23 
24     void print() const;   // 按行打印数据
25 
26 private:
27     int n_rows;      // 矩阵对象内元素行数
28     int n_cols;       // 矩阵对象内元素列数
29     double *ptr;    // 数据区
30 };

matrix.cpp

 1 #include "matrix.hpp"
 2 #include <cstdlib>
 3 #include <iostream>
 4  // 构造函数（矩阵）
 5  Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value):n_rows(rows_), n_cols(cols_), ptr(new double[rows_ * cols_]) 
 6 {
 7     for (int i = 0; i < rows_ * cols_; ++i) 
 8     {
 9         ptr[i] = value;
10     }
11 }
12  // 构造函数（方阵）
13 Matrix::Matrix(int rows_, double value): Matrix(rows_, rows_, value) {}  // 复用矩阵构造
14  // 拷贝构造（深复制）
15 Matrix::Matrix(const Matrix &x) : n_rows(x.n_rows), n_cols(x.n_cols), ptr(new double[x.n_rows * x.n_cols]) 
16 {
17     for (int i = 0; i < x.n_rows * x.n_cols; ++i) 
18     {
19         ptr[i] = x.ptr[i];
20     }
21 }
22  // 析构函数
23 Matrix::~Matrix() 
24 {
25     delete[] ptr;
26 }
27  // 按行复制数据
28 void Matrix::set(const double *pvalue, int size) 
29 {
30     if(size!= n_rows * n_cols) 
31     {
32         std::cerr << "Size mismatch!\n";
33         std::exit(1);
34     }
35     for (int i = 0; i < size; ++i) 
36     {
37         ptr[i] = pvalue[i];
38     }
39 }
40  // 数据项置0
41 void Matrix::clear() 
42 {
43     for (int i = 0; i < n_rows * n_cols; ++i) 
44     {
45         ptr[i] = 0;
46     }
47 }
48  // const版本at()
49 const double& Matrix::at(int i, int j) const50 {    if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) 
51     {
52         std::cerr << "Index out of range!\n";
53         std::exit(1);
54     }
55     return ptr[i * n_cols + j];
56 }
57  // 非const版本at()
58 double& Matrix::at(int i, int j) 
59 {
60     // 复用const版本的代码
61     return const_cast<double&>(static_cast<const Matrix*>(this)->at(i, j));
62 }
63  // 获取行数
64 int Matrix::rows() const 
65 {
66     return n_rows;
67 }
68  // 获取列数
69 int Matrix::cols() const 
70 {
71     return n_cols;
72 }
73  // 按行打印
74 void Matrix::print() const 
75 {
76     for (int i = 0; i < n_rows; ++i) 
77     {
78         for (int j = 0; j < n_cols; ++j) 
79         {
80             std::cout << ptr[i * n_cols + j] << " ";
81         }
82         std::cout << "\n";
83     }
84 }

task3.4.cpp

 1 #include <iostream>
 2 #include <cstdlib>
 3 #include "matrix.hpp"
 4 
 5 void test1();
 6 void test2();
 7 void output(const Matrix &m, int row_index);
 8 
 9 int main() {
10     std::cout << "测试1: \n";
11     test1();
12 
13     std::cout << "\n测试2: \n";
14     test2();
15 }
16 
17 void test1() {
18     double x[1000] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
19 
20     int n, m;
21     std::cout << "Enter n and m: ";
22     std::cin >> n >> m;
23 
24     Matrix m1(n, m);    // 创建矩阵对象m1, 大小n×m
25     m1.set(x, n*m);     // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值
26 
27     Matrix m2(m, n);    // 创建矩阵对象m2, 大小m×n
28     m2.set(x, m*n);     // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值
29 
30     Matrix m3(n);       // 创建一个n×n方阵对象
31     m3.set(x, n*n);     // 用一维数组x的值按行为矩阵m3赋值
32 
33     std::cout << "矩阵对象m1: \n";   m1.print();
34     std::cout << "矩阵对象m2: \n";   m2.print();
35     std::cout << "矩阵对象m3: \n";   m3.print();
36 }
37 
38 void test2() {
39     Matrix m1(2, 3, -1);
40     const Matrix m2(m1);
41     
42     std::cout << "矩阵对象m1: \n";   m1.print();
43     std::cout << "矩阵对象m2: \n";   m2.print();
44 
45     m1.clear();
46     m1.at(0, 0) = 1;
47 
48     std::cout << "m1更新后: \n";
49     std::cout << "矩阵对象m1第0行 "; output(m1, 0);
50     std::cout << "矩阵对象m2第0行: "; output(m2, 0);
51 }
52 
53 // 输出矩阵对象row_index行所有元素
54 void output(const Matrix &m, int row_index) {
55     if(row_index < 0 || row_index >= m.rows()) {
56         std::cerr << "IndexError: row index out of range\n";
57         exit(1);
58     }
59 
60     std::cout << m.at(row_index, 0);
61     for(int j = 1; j < m.cols(); ++j)
62         std::cout << ", " << m.at(row_index, j);
63     std::cout << '\n';
64 }

运行结果：

实验任务五：

contact.hpp

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <iostream>
 4 #include <string>
 5 
 6 // 联系人类
 7 class Contact {
 8 public:
 9     Contact(const std::string &name_, const std::string &phone_);
10 
11     const std::string &get_name() const;
12     const std::string &get_phone() const;
13     void display() const;
14 
15 private:
16    std::string name;    // 必填项
17    std::string phone;   // 必填项
18 };
19 
20 Contact::Contact(const std::string &name_, const std::string &phone_):name{name_}, phone{phone_} {
21 }
22 
23 const std::string& Contact::get_name() const {
24     return name;
25 }
26 
27 const std::string& Contact::get_phone() const {
28     return phone;
29 }
30 
31 void Contact::display() const {
32     std::cout << name << ", " << phone;
33 }

contactBook.hpp

 1 # pragma  once
 2 
 3 #include <iostream>
 4 #include <string>
 5 #include <vector>
 6 #include <algorithm>
 7 #include "contact.hpp"
 8 
 9 //通讯录类
10 class ContactBook {
11 public:
12     void add(const std::string &name, const std::string &phone); // 添加联系人 
13     void remove(const std::string &name); // 移除联系人
14     void find(const std::string &name) const; // 查找联系人
15     void display() const; // 显示所有联系人 
16     size_t size() const;
17     
18 private:
19     int index(const std::string &name) const;  // 返回联系人在contacts内索引，如不存在，返回-1
20     void sort(); //按姓名字典序升序排序通讯录
21 
22 private:
23     std::vector<Contact> contacts;
24 };
25 
26 void ContactBook::add(const std::string &name, const std::string &phone) {
27     if(index(name) == -1) {
28         contacts.push_back(Contact(name, phone));
29         std::cout << name << " add successfully.\n";
30         sort();
31         return;
32     }
33 
34     std::cout << name << " already exists. fail to add!\n"; 
35 }
36 
37 void ContactBook::remove(const std::string &name) {
38     int i = index(name);
39 
40     if(i == -1) {
41         std::cout << name << " not found, fail to remove!\n";
42         return;
43     }
44 
45     contacts.erase(contacts.begin()+i);
46     std::cout << name << " remove successfully.\n";
47 }
48 
49 void ContactBook::find(const std::string &name) const {
50     int i = index(name);
51 
52     if(i == -1) {
53         std::cout << name << " not found!\n";
54         return;
55     }
56 
57     contacts[i].display(); 
58     std::cout << '\n';
59 }
60 
61 void ContactBook::display() const {
62     for(auto &c: contacts) {
63         c.display(); 
64         std::cout << '\n';
65     }
66 }
67 
68 size_t ContactBook::size() const {
69     return contacts.size();
70 }
71 
72 // 待补足1： int index(const std::string &name) const ;实现 
73 // 返回联系人在contacts内索引，如不存在，返回-1
74 int ContactBook::index(const std::string &name) const 
75 {
76     for (int i = 0; i < contacts.size(); ++i) 
77     {
78         if (contacts[i].get_name() == name)
79         {
80             return i;
81         }
82     }
83     return -1;
84 }
85 // 待补足2： void ContactBook::sort() ；实现 
86 //  按姓名字典序升序排序通讯录 
87 void ContactBook::sort() 
88 {
89     std::sort(contacts.begin(), contacts.end(),[](const Contact &a, const Contact &b) {return a.get_name() < b.get_name();});  // 按姓名字典序升序排序
90 }

task3.5.cpp

 1 #include "contactBook.hpp"
 2 
 3 void test() {
 4     ContactBook contactbook;
 5 
 6     std::cout << "1. add contacts\n";
 7     contactbook.add("Bob", "18199357253");
 8     contactbook.add("Alice", "17300886371");
 9     contactbook.add("Linda", "18184538072");
10     contactbook.add("Alice", "17300886371");
11 
12     std::cout << "\n2. display contacts\n";
13     std::cout << "There are " << contactbook.size() << " contacts.\n";
14     contactbook.display();
15 
16     std::cout << "\n3. find contacts\n";
17     contactbook.find("Bob");
18     contactbook.find("David");
19 
20     std::cout << "\n4. remove contact\n";
21     contactbook.remove("Bob");
22     contactbook.remove("David");
23 }
24 
25 int main() {
26     test();
27 }

运行结果：

posted @ 2025-11-25 00:30 stezin- 阅读(7) 评论(2) 收藏举报

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实验三

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