实验3
实验任务一
#pragma once #include <iostream> #include <string> class Button { public: Button(const std::string &label_); const std::string& get_label() const; void click(); private: std::string label; }; Button::Button(const std::string &label_): label{label_} { } inline const std::string& Button::get_label() const { return label; } inline void Button::click() { std::cout << "Button '" << label << "' clicked\n"; }
#include "window.hpp" #include <iostream> void test(){ Window w("Demo"); w.add_button("add"); w.add_button("remove"); w.add_button("modify"); w.add_button("add"); w.display(); w.close(); } int main() { std::cout << "用组合类模拟简单GUI:\n"; test(); }
#pragma once #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> #include "button.hpp" // 窗口类 class Window{ public: Window(const std::string &title_); void display() const; void close(); void add_button(const std::string &label); void click_button(const std::string &label); private: bool has_button(const std::string &label) const; private: std::string title; std::vector<Button> buttons; }; Window::Window(const std::string &title_): title{title_} { buttons.push_back(Button("close")); } inline void Window::display() const { std::string s(40, '*'); std::cout << s << std::endl; std::cout << "window : " << title << std::endl; int cnt = 0; for(const auto &button: buttons) std::cout << ++cnt << ". " << button.get_label() << std::endl; std::cout << s << std::endl; } inline void Window::close() { std::cout << "close window '" << title << "'" << std::endl; click_button("close"); } inline bool Window::has_button(const std::string &label) const { for(const auto &button: buttons) if(button.get_label() == label) return true; return false; } inline void Window::add_button(const std::string &label) { if(has_button(label)) std::cout << "button " << label << " already exists!\n"; else buttons.push_back(Button(label)); } inline void Window::click_button(const std::string &label) { for(auto &button:buttons) if(button.get_label() == label) { button.click(); return; } std::cout << "no button: " << label << std::endl; }
问题1：是
问题2：(1)优点：外部可查询窗口中是否存在特定按钮，增加灵活性
缺点：可能被误用，破坏封装性
（2）用户是否需要：若函数是类提供给外部的核心功能，应为 public；若仅用于内部辅助，应为 private。
内部实现细节：若函数涉及内部状态管理或实现逻辑，应隐藏为 private，避免外部依赖。
对象状态安全：若函数可能被误用导致对象状态不一致，应设为 private。
问题3：接口1效率更高
接口2更安全
问题4：正常运行
前者调用构造函数创建临时对象，再通过拷贝构造函数将对象添加到向量中；后者直接在向量内存中构造 Button 对象，仅调用一次构造函数
实验任务二
#include <iostream> #include <vector> void test1(); void test2(); void output1(const std::vector<int> &v); void output2(const std::vector<int> &v); void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v); int main() { std::cout << "深复制验证1: 标准库vector<int>\n"; test1(); std::cout << "\n深复制验证2: 标准库vector<int>嵌套使用\n"; test2(); } void test1() { std::vector<int> v1(5, 42); const std::vector<int> v2(v1); std::cout << "**********拷贝构造后**********\n"; std::cout << "v1: "; output1(v1); std::cout << "v2: "; output1(v2); v1.at(0) = -1; std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n"; std::cout << "v1: "; output1(v1); std::cout << "v2: "; output1(v2); } void test2() { std::vector<std::vector<int>> v1{{1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}}; const std::vector<std::vector<int>> v2(v1); std::cout << "**********拷贝构造后**********\n"; std::cout << "v1: "; output3(v1); std::cout << "v2: "; output3(v2); v1.at(0).push_back(-1); std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n"; std::cout << "v1: \n"; output3(v1); std::cout << "v2: \n"; output3(v2); } // 使用xx.at()+循环输出vector<int>数据项 void output1(const std::vector<int> &v) { if(v.size() == 0) { std::cout << '\n'; return; } std::cout << v.at(0); for(auto i = 1; i < v.size(); ++i) std::cout << ", " << v.at(i); std::cout << '\n'; } // 使用迭代器+循环输出vector<int>数据项 void output2(const std::vector<int> &v) { if(v.size() == 0) { std::cout << '\n'; return; } auto it = v.begin(); std::cout << *it; for(it = v.begin()+1; it != v.end(); ++it) std::cout << ", " << *it; std::cout << '\n'; } // 使用auto for分行输出vector<vector<int>>数据项 void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v) { if(v.size() == 0) { std::cout << '\n'; return; } for(auto &i: v) output2(i); }
问题1：
v1的构造：使用vector的构造函数 vector(size_type count, const T& value)，创建包含5个值为42的整数向量。
v2的构造：使用拷贝构造函数 vector(const vector& other)，将v1的所有元素复制到v2中，因此v2也包含5个值为42的数据
问题2：分别为2,2,3
问题3：能，前者更安全，后者性能更高
问题4：（1）v1.at(0)返回的是非常量引用，允许通过引用r直接修改原始数据。push_back(-1)后，r引用的向量末尾元素即为-1。
（2）优势：节省内存，保证原始数据不被意外修改。
限制：不能通过常量引用修改数据
问题5：（1）深复制
（2）int&；const int&；必须提供
实验任务三
#include "vectorInt.hpp" #include <iostream> void test1(); void test2(); void output1(const vectorInt &vi); void output2(const vectorInt &vi); int main() { std::cout << "测试1: \n"; test1(); std::cout << "\n测试2: \n"; test2(); } void test1() { int n; std::cout << "Enter n: "; std::cin >> n; vectorInt x1(n); for(auto i = 0; i < n; ++i) x1.at(i) = (i+1)*10; std::cout << "x1: "; output1(x1); vectorInt x2(n, 42); vectorInt x3(x2); x2.at(0) = -1; std::cout << "x2: "; output1(x2); std::cout << "x3: "; output1(x3); } void test2() { const vectorInt x(5, 42); vectorInt y; y.assign(x); std::cout << "x: "; output2(x); std::cout << "y: "; output2(y); } // 使用xx.at()+循环输出vectorInt对象数据项 void output1(const vectorInt &vi) { if(vi.size() == 0) { std::cout << '\n'; return; } std::cout << vi.at(0); for(auto i = 1; i < vi.size(); ++i) std::cout << ", " << vi.at(i); std::cout << '\n'; } // 使用迭代器+循环输出vectorInt对象数据项 void output2(const vectorInt &vi) { if(vi.size() == 0) { std::cout << '\n'; return; } auto it = vi.begin(); std::cout << *it; for(it = vi.begin()+1; it != vi.end(); ++it) std::cout << ", " << *it; std::cout << '\n'; }
#pragma once #include <iostream> // 动态int数组对象类 class vectorInt{ public: vectorInt(); vectorInt(int n_); vectorInt(int n_, int value); vectorInt(const vectorInt &vi); ~vectorInt(); int size() const; int& at(int index); const int& at(int index) const; vectorInt& assign(const vectorInt &vi); int* begin(); int* end(); const int* begin() const; const int* end() const; private: int n; // 当前数据项个数 int *ptr; // 数据区 }; vectorInt::vectorInt():n{0}, ptr{nullptr} { } vectorInt::vectorInt(int n_): n{n_}, ptr{new int[n]} { } vectorInt::vectorInt(int n_, int value): n{n_}, ptr{new int[n_]} { for(auto i = 0; i < n; ++i) ptr[i] = value; } vectorInt::vectorInt(const vectorInt &vi): n{vi.n}, ptr{new int[n]} { for(auto i = 0; i < n; ++i) ptr[i] = vi.ptr[i]; } vectorInt::~vectorInt() { delete [] ptr; } int vectorInt::size() const { return n; } const int& vectorInt::at(int index) const { if(index < 0 || index >= n) { std::cerr << "IndexError: index out of range\n"; std::exit(1); } return ptr[index]; } int& vectorInt::at(int index) { if(index < 0 || index >= n) { std::cerr << "IndexError: index out of range\n"; std::exit(1); } return ptr[index]; } vectorInt& vectorInt::assign(const vectorInt &vi) { if(this == &vi) return *this; int *ptr_tmp; ptr_tmp = new int[vi.n]; for(int i = 0; i < vi.n; ++i) ptr_tmp[i] = vi.ptr[i]; delete[] ptr; n = vi.n; ptr = ptr_tmp; return *this; } int* vectorInt::begin() { return ptr; } int* vectorInt::end() { return ptr+n; } const int* vectorInt::begin() const { return ptr; } const int* vectorInt::end() const { return ptr+n; }
问题1：
自赋值问题：当this == &vi时，先执行delete[] ptr会释放当前对象的内存，随后访问vi.ptr导致未定义行为
异常安全问题：如果new int[n]抛出异常，对象将处于无效状态
内存泄漏风险：没有检查new是否成功，直接进行拷贝操作
问题2：
（1）将当前对象转换为常量版本，以便调用const版本的at函数；前：vectorInt*，后：const vectorInt*
（2）移除const限定符，返回可修改的引用；前：const int&，后：int&
问题3：
（1）前者是非const版本，后者是const版本
问题4：
可以。第一行：将ptr开始的n个元素都设置为value；第二行：从vi.ptr复制vi.n个元素到ptr；第三行：先复制到临时缓冲区，再交换指针
实验任务四
#include "Matrix.hpp" #include <iostream> #include <algorithm> #include <cstdlib> // 构造函数 Matrix::Matrix(int rows, int cols) : rows_(rows), cols_(cols), data_(new double[rows * cols]) { std::fill(data_, data_ + rows * cols, 0.0); } Matrix::Matrix(int n) : rows_(n), cols_(n), data_(new double[n * n]) { std::fill(data_, data_ + n * n, 0.0); } Matrix::Matrix(int rows, int cols, double value) : rows_(rows), cols_(cols), data_(new double[rows * cols]) { std::fill(data_, data_ + rows * cols, value); } // 拷贝构造函数 Matrix::Matrix(const Matrix& other) : rows_(other.rows_), cols_(other.cols_), data_(new double[other.rows_ * other.cols_]) { std::copy(other.data_, other.data_ + rows_ * cols_, data_); } // 赋值运算符 Matrix& Matrix::operator=(const Matrix& other) { if (this != &other) { delete[] data_; rows_ = other.rows_; cols_ = other.cols_; data_ = new double[rows_ * cols_]; std::copy(other.data_, other.data_ + rows_ * cols_, data_); } return *this; } // 析构函数 Matrix::~Matrix() { delete[] data_; } // 成员函数 int Matrix::rows() const { return rows_; } int Matrix::cols() const { return cols_; } double& Matrix::at(int i, int j) { if (i < 0 || i >= rows_ || j < 0 || j >= cols_) { std::cerr << "IndexError: indices out of range\n"; std::exit(1); } return data_[i * cols_ + j]; } const double& Matrix::at(int i, int j) const { if (i < 0 || i >= rows_ || j < 0 || j >= cols_) { std::cerr << "IndexError: indices out of range\n"; std::exit(1); } return data_[i * cols_ + j]; } void Matrix::set(const double* arr, int size) { if (size != rows_ * cols_) { std::cerr << "SizeError: input size doesn't match matrix size\n"; std::exit(1); } std::copy(arr, arr + size, data_); }
实验任务五
#include "contactBook.hpp" void test() { ContactBook contactbook; std::cout << "1. add contacts\n"; contactbook.add("Bob", "18199357253"); contactbook.add("Alice", "17300886371"); contactbook.add("Linda", "18184538072"); contactbook.add("Alice", "17300886371"); std::cout << "\n2. display contacts\n"; std::cout << "There are " << contactbook.size() << " contacts.\n"; contactbook.display(); std::cout << "\n3. find contacts\n"; contactbook.find("Bob"); contactbook.find("David"); std::cout << "\n4. remove contact\n"; contactbook.remove("Bob"); contactbook.remove("David"); } int main() { test(); }
# pragma once #include <iostream> #include <string> #include <vector> #include <algorithm> #include "contact.hpp" // 通讯录类 class ContactBook { private: std::vector<Contact> contacts; // 方案1：内联实现（推荐） int index(const std::string& name) const { for (size_t i = 0; i < contacts.size(); ++i) { if (contacts[i].get_name() == name) { return static_cast<int>(i); } } return -1; } void sort() { std::sort(contacts.begin(), contacts.end(), [](const Contact& a, const Contact& b) { return a.get_name() < b.get_name(); }); } public: void add(const std::string &name, const std::string &phone); // 添加联系人 void remove(const std::string &name); // 移除联系人 void find(const std::string &name) const; // 查找联系人 void display() const; // 显示所有联系人 size_t size() const; }; void ContactBook::add(const std::string &name, const std::string &phone) { if(index(name) == -1) { contacts.push_back(Contact(name, phone)); std::cout << name << " add successfully.\n"; sort(); return; } std::cout << name << " already exists. fail to add!\n"; } void ContactBook::remove(const std::string &name) { int i = index(name); if(i == -1) { std::cout << name << " not found, fail to remove!\n"; return; } contacts.erase(contacts.begin()+i); std::cout << name << " remove successfully.\n"; } void ContactBook::find(const std::string &name) const { int i = index(name); if(i == -1) { std::cout << name << " not found!\n"; return; } contacts[i].display(); std::cout << '\n'; } void ContactBook::display() const { for(auto &c: contacts) { c.display(); std::cout << '\n'; } } size_t ContactBook::size() const { return contacts.size(); } // 待补足1：int index(const std::string &name) const;实现 // 返回联系人在contacts内索引; 如不存在，返回-1 // 待补足2：void ContactBook::sort();实现 // 按姓名字典序升序排序通讯录
#pragma once #include <iostream> #include <string> // 联系人类 class Contact { public: Contact(const std::string &name_, const std::string &phone_); const std::string &get_name() const; const std::string &get_phone() const; void display() const; private: std::string name; // 必填项 std::string phone; // 必填项 }; Contact::Contact(const std::string &name_, const std::string &phone_):name{name_}, phone{phone_} { } const std::string& Contact::get_name() const { return name; } const std::string& Contact::get_phone() const { return phone; } void Contact::display() const { std::cout << name << ", " << phone; }
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