NUIST-OOP-Lab01
🧪 实验报告
一、实验名称
实验1 现代C++编程初体验
二、实验目的
- 体验标准库：通过使用 string , vector , algorithm 等组件，体验现代C++标准库编程的便捷与高效。
- 组合运用：灵活组合使用现代C++基础语言特性（数据表示、分支、循环、函数）和标准库，编程解决基础问
题。 - 培养编码素养：在编码过程中关注代码表达，提升代码的安全性、可读性和可维护性。
- 理解模板：通过使用函数模板，初步理解泛型编程的思想和优势。
三、实验环境
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 操作系统 | Ubuntu24.04 |
| 编译器 | g++13.3.0, clang13.3.0 |
| 编辑器 | cursor, fish |
| 实验日期 | 11/10/2025 |
四、实验内容与步骤
实验任务1
- 源码与运行测试截图
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
// 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);
}
- 问题
reverse原地反转，reverse_copy生成反转后副本- 将\([first, last)\)范围内的元素以
middle为旋转点进行旋转，first为序列起始迭代器，last为序列结束迭代器，middle为旋转点迭代器
实验任务2
- 程序源代码及运行测试截图
#include <algorithm>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <numeric>
#include <vector>
// 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;
}
- 回答问题
- 使用指定的函数或函数对象 依次生成值，填充 [first, last) 范围的每个元素。
- 性能有一定优势，同时可读性强
- 可读性好，可以直接访问当前作用域中的有效内容，适合逻辑简单的函数
实验任务3
- 程序源代码与运行截图
#include <algorithm>
#include <cctype>
#include <iostream>
#include <string>
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';
}
- 回答问题
- 接受一个uchar字符，返回它后一个字符，z的话就循环
- 将字符全转换为大写或者小写
- fist1：输入序列起始迭代器，last1：输入序列结束迭代器1，first2：输出序列起始迭代器，unary_op：转换函数；输出出序列从s2变为s1
实验任务4
- 程序源代码及运行截图
#include <algorithm>
#include <cctype>
#include <iostream>
#include <string>
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
// Ctrl + D in Linux
// use getline to avoid <space> error
while (getline(cin, s)) {
cout << "input: " << s << endl;
cout << boolalpha << "区分大小写: " << is_palindrome(s) << "\n"
<< "不区分大小写: " << is_palindrome_ignore_case(s) << "\n\n";
}
cout << "reached EOF" << endl;
}
// 函数is_palindrome定义
bool is_palindrome(const std::string &s) {
return std::equal(s.begin(), s.begin() + s.size() / 2, s.rbegin());
}
// 函数is_palindrome_ignore_case定义
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s) {
std::string temp_s = s;
// transform each char in s to lower
std::transform(temp_s.begin(), temp_s.end(), temp_s.begin(), [](unsigned char c){ return std::tolower(c); });
return std::equal(temp_s.begin(), temp_s.begin() + temp_s.size() / 2, temp_s.rbegin());
}
- 问题
- 使用getline(is, var)，*btw，这个应该是流的知识:)
实验任务5
- 实验源代码及运行测试截图
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include <string>
const std::string BASESTRING = "0123456789ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
std::string dec2n(int x, int n = 2);
int main() {
int x;
while (std::cin >> x) {
std::cout << x << std::endl;
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) {
std::string result = "";
if (x == 0) {
return "0";
}
while (x != 0) {
result += BASESTRING[x % n];
x /= n;
}
std::reverse(result.begin(), result.end());
return result;
}
实验任务6
- 实验代码与运行测试截图
#include <cctype>
#include <cstddef>
#include <iomanip>
#include <iostream>
const std::string ALPHABET = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
constexpr int MAXSIZE = 26;
int main() {
for (size_t i = 0; i < MAXSIZE + 1; ++i) {
for (size_t j = 0; j < MAXSIZE + 1; ++j) {
if (i == 0 && j == 0) {
std::cout << std::setw(2) << ' ';
} else if (i == 0) {
unsigned char c = static_cast<unsigned char>(ALPHABET[j - 1]);
char lower = std::tolower(c);
std::cout << std::setw(2) << lower;
} else if (j == 0) {
std::cout << std::setw(2) << i;
} else {
std::cout << std::setw(2) << ALPHABET[(i + j - 1) % 26];
}
if (j == MAXSIZE) {
std::cout << std::endl;
}
}
}
return 0;
}
实验任务7
- 实验代码与运行测试截图
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
#include <iomanip>
const int NUM_QUESTIONS = 10;
int main() {
srand(static_cast<unsigned>(time(0)));
int correct = 0;
for (int i = 1; i <= NUM_QUESTIONS; ++i) {
int a, b, op;
char symbol;
int answer, user_answer;
a = rand() % 10 + 1;
b = rand() % 10 + 1;
op = rand() % 4;
switch (op) {
case 0:
symbol = '+';
answer = a + b;
break;
case 1:
if (a < b)
std::swap(a, b);
symbol = '-';
answer = a - b;
break;
case 2:
symbol = '*';
answer = a * b;
break;
case 3:
answer = 0;
while (a % b != 0) {
a = rand() % 10 + 1;
b = rand() % 10 + 1;
}
symbol = '/';
answer = a / b;
break;
}
std::cout << "task " << i << " : " << a << " " << symbol << " " << b << " = ";
std::cin >> user_answer;
if (user_answer == answer) {
std::cout << "correct" << std::endl;
++correct;
} else {
std::cout << "wrong: " << answer << std::endl;
}
std::cout << std::endl;
}
double rate = static_cast<double>(correct) / NUM_QUESTIONS * 100.0;
std::cout << std::fixed << std::setprecision(2);
std::cout << "corret rate: " << rate << "%" << std::endl;
return 0;
}
实验结论
本次实验围绕“现代C++编程初体验”主题，系统地使用了标准库中的 string、vector、algorithm、numeric 等核心组件，综合运用了迭代器、模板函数、lambda表达式等现代C++语言特性，较全面地展示了现代C++在语义简洁性与抽象能力方面的优势。
通过本次实验，我对以下几个方面有了深入的理解与体会：
- 算法库的高效与简洁
实验任务1与2中使用的 reverse、reverse_copy、rotate、sort、generate、min_element、max_element、minmax_element 等算法，让我认识到 STL算法是循环逻辑的高层抽象。
它们可以直接操作迭代器区间，不需要显式编写 for 循环，大大提升了代码的可读性与可维护性。例如：
reverse() 实现原地反转，而 reverse_copy() 则生成反转后的副本，两者结合演示了“就地修改”与“非破坏性操作”的不同策略；
minmax_element() 在一次遍历中同时得到最小值与最大值，相比分别调用 min_element() 和 max_element() 更加高效；
generate() 结合随机数生成函数，展示了算法与函数对象的灵活组合方式。
- 函数对象与 Lambda 表达式的灵活性
在实验任务2和3中，我比较了使用自定义函数（如 generate_random_number()）与 lambda 表达式（如 ）的不同。
我发现 lambda 表达式更适用于逻辑简单且只使用一次的场景，不但可以内联定义逻辑，还能直接访问当前作用域中的变量，减少了额外函数定义的负担，从而让代码更加简洁、易读。
- 字符串与迭代器的协同使用
在任务3与4中，通过 std::transform()、std::tolower()、std::toupper() 及 std::equal() 的使用，我学会了如何在不显式循环的情况下实现字符串的批量变换与回文检测。
尤其是使用 transform 时，我理解了其四个参数的含义：
first1、last1 是输入区间迭代器，first2 是输出区间起始迭代器，unary_op 是变换函数。若输入输出区间相同，即实现原地修改。
此外，使用 getline() 读取字符串有效避免了空格截断问题，加深了我对流输入机制的理解。
- 泛型编程与模板函数的应用
实验中多次使用模板函数 output() 输出容器内容，使我体会到模板的泛化能力。通过模板定义，可以让函数同时适用于 vector
- 逻辑设计与程序结构的规范性
在任务5至7中，实验逐步过渡到进制转换、字符映射表打印、四则运算练习系统等综合性应用。
这些练习让我体会到现代C++在处理数值运算、字符编码、格式化输出（如 setw、setprecision）等方面的灵活性，也锻炼了我将语言特性应用于解决实际问题的能力。
实验总结
tolower，和toupper返回的是int
clang的形参提示还挺有用的
win和li的EOF shortcut不一样
浙公网安备 33010602011771号