实验一
实验任务一
// 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);
}
运行截图
问题一reverse 和 reverse_copy 有什么区别？
reverse：原地反转，直接修改原容器区间内元素，原容器内容发生改变，不需要额外目标容器。
reverse_copy：不修改源容器，将反转后的结果复制写入另一个目标容器，源容器保持原样不变；需要提供目标迭代器作为输出位置。
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？
rotate实现区间循环移位。把区间[first,last)切分成两段[first,middle)与[middle,last)，交换两段的位置；middle 指向的元素成为旋转之后整个区间的第一个元素。 参数：
first：操作区间起始迭代器；middle：旋转后作为序列首元素的迭代器；last：操作区间末尾迭代器（左闭右开，不包含 last 本身）。
实验任务二
#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;
}
运行截图
问题 1：generate算法的作用是什么
generate(first, last, gen)：反复调用生成器函数gen，把函数返回值依次赋值给迭代器[first,last)区间内每一个元素，完成区间批量填充赋值。
问题 2：minmax_element 和分别调用min_element、max_element相比，有什么优势？ 分别调用min_element、max_element会遍历容器两次； minmax_element只对容器做一次遍历，同时得到最小值、最大值迭代器，减少遍历次数，运行效率更高。
问题 3：lambda 表达式[](){return std::rand()%101;}，对比普通自定义函数generate_random_number，lambda 适用场景是什么？ 效果完全等价。 lambda 是匿名函数，不需要写函数声明、不需要取函数名，适合逻辑简短、仅在当前一处使用的小逻辑，代码就地书写，减少全局函数命名污染。 如果函数逻辑复杂、多处代码需要复用，则适合写成普通命名函数。
实验任务3
#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';
}
运行截图
问题 1：自定义函数func功能是什么？
对字母做向后移位变换：普通字母 + 1；z变成a，Z变成A；非字母字符原样返回。相当于简易凯撒密码，每个字母向后偏移一位。
问题 2：tolower和toupper功能分别是什么？
tolower(c)：大写英文字母转为小写；其他字符原样返回。toupper(c)：小写英文字母转为大写；其他字符原样返回。
问题 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？
参数 1：源容器起始迭代器；
参数 2：源容器末尾迭代器；
参数 3：输出目标容器起始迭代器；
参数 4：变换处理函数（一元函数）。
写s2.begin()：变换结果写入新容器s2，源字符串s1保持不变；
改为s1.begin()：原地变换，处理结果直接覆盖写回原字符串s1，修改源容器本身。
试验任务四
#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;
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";
}
}
// 区分大小写判断回文
bool is_palindrome(const std::string &s)
{
int l = 0, r = s.size() - 1;
while(l < r)
{
if(s[l] != s[r])
return false;
l++;
r--;
}
return true;
}
// 不区分大小写判断回文
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s)
{
int l = 0, r = s.size() - 1;
while(l < r)
{
if(tolower(s[l]) != tolower(s[r]))
return false;
l++;
r--;
}
return true;
}
运行截图
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？
cin >> s遇到空格、换行就停止读取。要读取带空格的一整行，改用std::getline(cin, s)读取整行输入。
实验任务5
#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";
}
return 0;
}
std::string dec2n(int x, int n)
{
if(x == 0)
{
return "0";
}
const char table[] = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
std::string res;
while(x > 0)
{
int rem = x % n;
res += table[rem];
x = x / n;
}
std::reverse(res.begin(), res.end());
return res;
}
运行截图
实验任务6
#include <iostream>
#include <string>
int main()
{
std::string base = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
// 输出原始行
std::cout << base << '\n';
// 循环移位，共25行
for(int i = 1; i <= 25; ++i)
{
std::string line(base.begin()+i, base.end());
line += std::string(base.begin(), base.begin()+i);
std::cout << line << '\n';
}
return 0;
}
运行截图
实验任务7
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <iomanip>
int main()
{
std::srand(std::time(nullptr));
const int QUESTION_COUNT = 10;
int correct = 0;
for(int i = 0; i < QUESTION_COUNT; ++i)
{
int op1, op2;
char op;
int ans;
// 随机选运算符 0:+ 1:- 2:* 3:/
int opType = std::rand() % 4;
switch(opType)
{
case 0: // 加法
op1 = 1 + std::rand() % 10;
op2 = 1 + std::rand() % 10;
op = '+';
ans = op1 + op2;
break;
case 1: // 减法，保证 op1 >= op2
op1 = 1 + std::rand() % 10;
op2 = 1 + std::rand() % 10;
if(op1 < op2)
{
std::swap(op1, op2);
}
op = '-';
ans = op1 - op2;
break;
case 2: // 乘法
op1 = 1 + std::rand() % 10;
op2 = 1 + std::rand() % 10;
op = '*';
ans = op1 * op2;
break;
case 3: // 除法，整除 op1 % op2 ==0
{
op2 = 1 + std::rand() % 10;
int k = 1 + std::rand() % 10;
op1 = op2 * k;
op = '/';
ans = op1 / op2;
break;
}
default:
op1=1;op2=1;op='+';ans=2;
break;
}
// 输出题目
std::cout << op1 << op << op2 << "=";
int userInput;
std::cin >> userInput;
if(userInput == ans)
{
correct++;
}
}
double rate = static_cast<double>(correct) / QUESTION_COUNT * 100.0;
std::cout << "正确率:" << std::fixed << std::setprecision(2) << rate << "%" << std::endl;
return 0;
}
运行截图
实验总结
实验过程里，我搞懂了原地修改和复制处理的区别，有的函数会直接改掉原来的数据，有的会把结果存到新地方，原内容保持不变。在读取带空格的字符串、写凯撒密码、自动出算术题的时候，也踩了一些小坑，慢慢调试后才成功运行。
我发现 lambda 匿名函数适合写很短的小功能，不用单独定义函数，写起来更方便。不过还有一点不太明白：不同类型迭代器会怎么影响代码运行速度。这次实验让我感受到用好现成库函数，能少写重复代码，提升编程效率。
浙公网安备 33010602011771号