NUIST_LAB03

🧪 实验报告

一、实验名称

实验2 类和对象_基础编程2

二、实验目的

理解类的组合机制（has-a），能熟练用 C++ 定义与使用组合类
理解深复制与浅复制的区别
灵活运用标准库（array、vector、string、迭代器、算法库等）解决实际问题
面向具体问题，运用面向对象思维设计类（自定义/标准库），合理组合并编程解决

三、实验内容

1. 实验任务1
   

问题1:是
问题2:优点：测试比较方便，便于了解对象内部状态
缺点：增加了接口的维护成本，暴露了内部实现细节
根据最小接口(ISP)原则进行设计
如果用户需要就public，是内部细节就private，可能会破坏对象状态就private
问题3:性能：返回引用避免拷贝，更快；安全性上第二个更好，返回引用会面对悬垂问题，如果button先于获取引用的的地方被销毁将会发生未定义行为
问题4:emplace_back使用perfect forwarding和变长参数表就地构造对象，性能更高
2. 实验任务2

问题1:填充构造，拷贝构造；5，5
问题2:2，2，3
问题3:大概率相同；是否会发生越界检查
问题4：能 r是v1[0]的alias 话说这个问题是不是有点奇怪
因为是常量引用，所以是v1[0]的alias，限制是通过r只能进行只读访问
问题5:深
int
const int
是
3. 实验任务3

问题1:如果传入自己，那么第一步把空间释放了vi.ptr[i]会访问到错误区域
用中间量的话new失败了好处理，可以直接加catch throw
这种较底层的数据结构好像也不能用智能指针

问题2:将this由vectorInt转换为const vectorInt, 转换成可以指向const对象的指针，然后就可以调用const版本的at
说到这里我特地查了一下，一般都是实现const版本然后非const版本通过类型转换进行调用，但是很显然我做课设的时候忘记了这一点:(
作用是消const，原const int&，先int&

问题3:非const；const
迭代器封装了指针的行为，让指针变得更加安全，不同类型的迭代器（比如随机访问迭代器和顺序访问迭代器）就像特殊函数，可以安全的作为参数提供给其他函数使用
就像golang中的interface，只要实现了对应的迭代器类型，就可以直接适配所有拥有这个接口的函数，在保证安全性的前提下极大增强了可扩展性

问题4:可以
从ptr开始向后n个填充value
从vi.ptr开始，向后vi.n个元素填充到从ptr开始的数组中
第三个同上

4. 实验任务4

#include "matrix.hpp"

void die(const char *msg) {
  std::cerr << msg << '\n';
  std::exit(-1);
}

Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value)
    : n_rows(rows_), n_cols(cols_), ptr(nullptr) {
  if (n_rows <= 0 || n_cols <= 0)
    die("ValueError: invalid matrix size");
  ptr = new double[n_rows * n_cols];
  std::fill(ptr, ptr + n_rows * n_cols, value);
}

Matrix::Matrix(int rows_, double value) : Matrix(rows_, rows_, value) {}

Matrix::Matrix(const Matrix &x)
    : n_rows(x.n_rows), n_cols(x.n_cols), ptr(nullptr) {
  ptr = new double[n_rows * n_cols];
  std::copy(x.ptr, x.ptr + n_rows * n_cols, ptr);
}

Matrix::~Matrix() { delete[] ptr; }

void Matrix::set(const double *pvalue, int size) {
  if (size != n_rows * n_cols)
    die("ValueError: size mismatch");
  if (!pvalue)
    die("ValueError: null data source");
  std::copy(pvalue, pvalue + size, ptr);
}

void Matrix::clear() { std::fill(ptr, ptr + n_rows * n_cols, 0); }

const double &Matrix::at(int i, int j) const {
  if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols)
    die("IndexError: index out of range");
  return ptr[i * n_cols + j];
}

double &Matrix::at(int i, int j) {
  if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols)
    die("IndexError: index out of range");
  return ptr[i * n_cols + j];
}

int Matrix::rows() const { return n_rows; }

int Matrix::cols() const { return n_cols; }

void Matrix::print() const {
  for (int i = 0; i < n_rows; ++i) {
    if (n_cols == 0) {
      std::cout << '\n';
      continue;
    }
    std::cout << ptr[i * n_cols];
    for (int j = 1; j < n_cols; ++j)
      std::cout << ' ' << ptr[i * n_cols + j];
    std::cout << '\n';
  }
}

5. 实验任务5

// 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

int ContactBook::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;
}

// 待补足2：void ContactBook::sort();实现
// 按姓名字典序升序排序通讯录

void ContactBook::sort() {
  std::sort(contacts.begin(), contacts.end(),
            [](const Contact &lhs, const Contact &rhs) {
              return lhs.get_name() < rhs.get_name();
            });
}

四、实验结论

本次实验验证了 C++ 中面向对象设计和资源管理的关键机制。在任务一中，通过 Window 和 Button 的组合关系，理解了组合（Has-A）的定义及其生命周期依赖性。任务二和任务三通过对 std::vector 和自定义 vectorInt 的观察，深入理解了深复制与浅复制的根本区别，确认了标准库容器采用深复制，并掌握了实现自定义深复制所需的“三/五法则”（包括拷贝构造和异常安全的 assign 实现）。同时，实验验证了 const 成员函数的必要性，以及使用 const_cast 在非 const 版本中复用 const 版本的代码复用技巧。最后，任务四和任务五的应用性实验强化了利用标准库（如 std::vector 和 ）实现 RAII 和高效逻辑封装的重要性，体现了零成本抽象的设计哲学，即在保证安全性的同时不牺牲性能。