实验3

实验3

实验结论:

实验任务1:

源码:

button.hpp

#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";
}

window.hpp

#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;
}

task1.cpp

#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();
}

运行测试截图:

回答问题:

---

问题1:

这个范例中，Window和Button是组合关系吗？

不是组合关系。
Window和Button之间是“聚合关系”，Window拥有多个Button对象，但Button的生命周期不完全依赖于Window，Button可以独立存在。组合关系要求成员对象的生命周期完全由宿主类管理，聚合则更松散。

---

问题2:

bool has_button(const std::string &label) const; 被设计为私有。 思考并回答：

（1）若将其改为公有接口，有何优点或风险？

• 优点：公有接口可让外部代码直接查询Window是否有某个Button，提高类的可用性和灵活性。
• 风险：暴露实现细节，可能导致外部依赖于内部结构，降低封装性；外部频繁调用可能影响性能或破坏设计初衷。

（2）设计类时，如何判断一个成员函数应为 public 还是 private？（可从“用户是否需要”、“是否仅为内 部实现细节”、“是否易破坏对象状态”等角度分析。）

• 用户是否需要：若外部确实需要访问，则应为public。
• 是否仅为内部实现细节：仅服务于类内部逻辑则应为private。
• 是否易破坏对象状态：若外部调用可能导致对象状态异常或不一致，应设为private。
• 是否影响封装性：暴露实现细节会降低封装性，应慎重设为public。

---

问题3:

Button的接口const std::string& get_label() const;返回const std::string&。简要说明以下两种接口设计在性能和安全性方面的差异。

接口1：const std::string& get_label() const;

接口2：const std::string get_label() const;

• 接口1：const std::string& get_label() const;
  性能高（避免拷贝），但安全性低（返回引用，若对象被销毁或修改，引用失效或数据被篡改）。
• 接口2：const std::string get_label() const;
  性能略低（有一次拷贝），但安全性高（返回值是副本，外部无法影响原对象）。

---

问题4:

把代码中所有 xx.push_back(Button(xxx))改成 xx.emplace_back(xxx)，观察程序是否正常运行；查阅资料，回答两种写法的差别。

• 程序会正常运行，功能等价。
• 区别：
  • push_back(Button(xxx))：先构造临时Button对象，再拷贝/移动到容器。
  • emplace_back(xxx)：直接在容器内构造Button对象，避免临时对象和拷贝/移动，性能更优，支持参数直接传递给构造函数。

---

实验任务2:

源码:

task2.cpp

#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);
}

运行测试截图:

回答问题:

---

问题1:

std::vector<int> v1(5, 42);
const std::vector<int> v2(v1);

测试模块1中这两行代码分别完成了什么构造？ v1、v2 各包含多少个值为 42 的数据项？

• 带参构造和拷贝构造,5

---

问题2:

std::vector<std::vector<int>> v1{{1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}};
const std::vector<std::vector<int>> v2(v1);

测试模块2中这两行代码执行后, v1.size()、v2.size()、v1[0].size()分别是多少？

• 2,2,3

---

问题3:

测试模块1中，把 v1.at(0) = -1;写成 v1[0] = -1;能否实现同等效果？两种用法有何区别？

可以实现同等效果，v1[0] = -1; 也能将 v1 的第一个元素修改为 -1。

区别：

• v1.at(0)：带边界检查，若索引越界会抛出异常（std::out_of_range）。
• v1[0]：不做边界检查，索引越界时行为未定义，可能导致程序崩溃或数据错误。

---

问题4:

测试模块2中执行 v1.at(0).push_back(-1); 后

（1） 用以下两行代码，能否输出-1？为什么？

std::vector<int> &r = v1.at(0);
std::cout << r.at(r.size()-1);

能。第一行末尾加了-1，现在输出第一行末尾的数还是-1。

（2）r定义成用 const &类型接收返回值，在内存使用上有何优势？有何限制？

优势：

• 不会产生临时对象或拷贝，节省内存和提高性能。
• 直接引用原对象的数据，适合大对象或频繁访问。

限制：

• 被引用对象必须保证在引用期间一直有效，否则引用悬空，导致未定义行为。
• 不能用于接收函数返回的临时对象（如返回值是局部变量或右值），否则会引用无效内存。
• 外部不能修改被引用对象（因为是 const），但如果原对象被修改，引用内容也会变化。

---

问题5:

观察程序运行结果，反向分析、推断：

（1） 标准库模板类 vector 的复制构造函数实现的是深复制还是浅复制？

深复制

（2）vector<T>::at()接口思考： 当 v是vector<int>时，v.at(0) 返回值类型是什么？当v是const vector 时，v.at(0) 返回值类型又是什么？据此推断at()是否必须提供带 const 修饰的重载版本？

• int&（可修改）。 const int&（只读）。因此，at() 必须提供带 const 修饰的重载版本，以支持 const 对象的只读访问和非常量对象的可写访问。

---

实验任务3:

源码:

vectorInt.hpp

#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;
}

task3.cpp

#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';
}

运行测试截图:

回答问题:

---

问题1:当前验证性代码中，vectorInt接口assign实现是安全版本。如果把assign实现改成版本2，逐条指出版本 2存在的安全隐患和缺陷。（提示：对比两个版本，找出差异化代码，加以分析）

vectorInt& vectorInt::assign(const vectorInt &vi) { 
   delete[] ptr;
   n = vi.n;
   ptr = new int[n];
   for(int i = 0; i < n; ++i)
   ptr[i] = vi.ptr[i];
   return *this;
}

安全隐患和缺陷：

1. 自赋值问题
   如果 vi 和 *this 是同一个对象（自赋值），delete[] ptr; 会释放自己的数据，后续访问 vi.ptr[i] 时会访问已释放的内存，导致未定义行为或程序崩溃。
2. 异常安全问题
   如果 new int[n] 分配内存失败抛出异常，ptr 已被释放，*this 处于不一致状态，可能导致资源泄漏或对象失效。
3. 未处理原有资源释放后异常
   先释放原有内存再分配新内存，如果分配失败，原有数据已丢失，无法恢复。
4. 未检查自身与参数是否相同
   没有判断 if (this == &vi)，应先判断自赋值，避免上述问题。

---

问题2:当前验证性代码中，重载接口at内部代码完全相同。若把非const版本改成如下实现，可消除重复并遵循“最小化接口”原则（未来如需更新接口，只更新const接口，另一个会同步）。

int& vectorInt::at(int index) {
   return const_cast<int&>(static_cast<const vectorInt*>(this)->at(index));
}

（1）static_cast<const vectorInt*>(this)的作用是什么？转换前后this的类型分别是什么？转换目的？

• 作用：将当前对象指针 this（类型为 vectorInt*）转换为 const vectorInt*，即指向常量对象的指针。
• 转换前类型：vectorInt*
• 转换后类型：const vectorInt*
• 目的：让非const版本的 at 调用 const 版本的 at，实现代码复用，减少重复。

（2）const_cast<int&>的作用是什么？转换前后的返回类型分别是什么？转换目的?

• 作用：将 const int&（常量引用）转换为 int&（非常量引用）。
• 转换前返回类型：const int&
• 转换后返回类型：int&
• 目的：去除常量性，使非const版本可以返回可修改的引用，满足接口要求。这样只需维护 const 版本的实现，非const版本自动同步更新。

---

问题3:vectorInt类封装了begin()和end()的const/非const接口。

（1）以下代码片段，分析编译器如何选择重载版本，并总结这两种重载分别适配什么使用场景。

vectorInt v1(5);
const vectorInt v2(5);
auto it1 = v1.begin();    // 调用哪个版本？
auto it2 = v2.begin();    // 调用哪个版本?

• it1 = v1.begin();
  编译器调用非const版本的 begin()，返回 int*，可用于修改容器内容。适用于普通对象的遍历和修改。
• it2 = v2.begin();
  编译器调用const版本的 begin()，返回 const int*，只读访问，不可修改内容。适用于常量对象的遍历和只读操作。

（2）拓展思考（选答*）：标准库迭代器本质上是指针的封装。vectorInt直接返回原始指针作为迭代器，这种设计让你对迭代器有什么新的理解？

标准库迭代器本质上是指针的封装。vectorInt直接返回原始指针作为迭代器，说明：

• 对于线性存储结构，指针天然具备迭代器的所有能力（遍历、访问、算术运算）。
• 迭代器设计的核心是抽象出“遍历能力”，而指针本身就是最简洁的迭代器实现。
• 这让我们理解：迭代器不仅可以是复杂对象，也可以是简单指针，关键在于能安全、灵活地遍历容器。

---

问题4:以下两个构造函数及assign接口实现，都包含内存块的赋值/复制操作。使用算法库<algorithm>改写是否可以？回答这3行更新代码的功能。

vectorInt::vectorInt(int n_, int value): n{n_}, ptr{new int[n_]} {
    std::fill_n(ptr, n, value);   // 更新1
 }
 vectorInt::vectorInt(const vectorInt &vi): n{vi.n}, ptr{new int[n]} {
    std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr); // 更新2
 }
 vectorInt& vectorInt::assign(const vectorInt &vi) { 
    if(this == &vi) 
        return *this;   
    int *ptr_tmp;
    ptr_tmp = new int[vi.n];
    std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr_tmp); // 更新3
    delete[] ptr;      
    n = vi.n;
    ptr = ptr_tmp;
    return *this;
 }

可以使用算法库 <algorithm> 改写，这三行代码分别如下：

• std::fill_n(ptr, n, value);  // 更新1
  功能：将 ptr 指向的连续 n 个 int 元素全部赋值为 value，实现批量初始化。
• std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr);  // 更新2
  功能：将 vi.ptr 指向的连续 vi.n 个 int 元素复制到 ptr 指向的内存，实现深拷贝。
• std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr_tmp);  // 更新3
  功能：将 vi.ptr 指向的连续 vi.n 个 int 元素复制到新分配的 ptr_tmp，实现安全赋值。

---

实验任务4:

源码:

matrix.cpp

#include "matrix.hpp"
#include <cstring>

Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value)
    : n_rows(rows_), n_cols(cols_)
{
    if (rows_ <= 0 || cols_ <= 0)
    {
        std::cerr << "ValueError: rows and cols must be positive\n";
        std::exit(1);
    }
    ptr = new double[n_rows * n_cols];
    std::fill(ptr, ptr + n_rows * n_cols, value);
}

Matrix::Matrix(int rows_, double value)
    : n_rows(rows_), n_cols(rows_)
{
    if (rows_ <= 0)
    {
        std::cerr << "ValueError: rows must be positive\n";
        std::exit(1);
    }
    ptr = new double[n_rows * n_cols];
    std::fill(ptr, ptr + n_rows * n_cols, value);
}

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

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

void Matrix::set(const double *pvalue, int size)
{
    if (size != n_rows * n_cols)
    {
        std::cerr << "ValueError: size mismatch in set()\n";
        std::exit(1);
    }
    std::memcpy(ptr, pvalue, sizeof(double) * size);
}

void Matrix::clear()
{
    std::fill(ptr, ptr + n_rows * n_cols, 0.0);
}

const double &Matrix::at(int i, int j) const
{
    if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols)
    {
        std::cerr << "IndexError: at() index out of range\n";
        std::exit(1);
    }
    return ptr[i * n_cols + j];
}

double &Matrix::at(int i, int j)
{
    if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols)
    {
        std::cerr << "IndexError: at() index out of range\n";
        std::exit(1);
    }
    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)
    {
        for (int j = 0; j < n_cols; ++j)
        {
            std::cout << at(i, j);
            if (j < n_cols - 1)
                std::cout << ", ";
        }
        std::cout << '\n';
    }
}

matrix.hpp

#pragma once

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <cstdlib>

// 类Matrix声明
class Matrix
{
public:
    Matrix(int rows_, int cols_, double value = 0); // 构造rows_*cols_矩阵对象, 初值value
    Matrix(int rows_, double value = 0);            // 构造rows_*rows_方阵对象, 初值value
    Matrix(const Matrix &x);                        // 深复制
    ~Matrix();

    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
    void clear();                             // 矩阵对象数据项置0

    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）
    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）

    int rows() const; // 返回矩阵对象行数
    int cols() const; // 返回矩阵对象列数

    void print() const; // 按行打印数据

private:
    int n_rows;  // 矩阵对象内元素行数
    int n_cols;  // 矩阵对象内元素列数
    double *ptr; // 数据区
};

task4.cpp

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include "matrix.hpp"

void test1();
void test2();
void output(const Matrix &m, int row_index);

int main()
{
    std::cout << "测试1: \n";
    test1();

    std::cout << "\n测试2: \n";
    test2();

    system("pause");
}

void test1()
{
    double x[1000] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};

    int n, m;
    std::cout << "Enter n and m: ";
    std::cin >> n >> m;

    Matrix m1(n, m);  // 创建矩阵对象m1, 大小n×m
    m1.set(x, n * m); // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值

    Matrix m2(m, n);  // 创建矩阵对象m2, 大小m×n
    m2.set(x, m * n); // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值

    Matrix m3(n);     // 创建一个n×n方阵对象
    m3.set(x, n * n); // 用一维数组x的值按行为矩阵m3赋值

    std::cout << "矩阵对象m1: \n"; m1.print();
    std::cout << "矩阵对象m2: \n"; m2.print();
    std::cout << "矩阵对象m3: \n"; m3.print();
}

void test2()
{
    Matrix m1(2, 3, -1);
    const Matrix m2(m1);

    std::cout << "矩阵对象m1: \n"; m1.print();
    std::cout << "矩阵对象m2: \n"; m2.print();

    m1.clear();
    m1.at(0, 0) = 1;

    std::cout << "m1更新后: \n";
    std::cout << "矩阵对象m1第0行 "; output(m1, 0);
    std::cout << "矩阵对象m2第0行: "; output(m2, 0);
}

// 输出矩阵对象row_index行所有元素
void output(const Matrix &m, int row_index)
{
    if (row_index < 0 || row_index >= m.rows())
    {
        std::cerr << "IndexError: row index out of range\n";
        exit(1);
    }

    std::cout << m.at(row_index, 0);
    for (int j = 1; j < m.cols(); ++j)
        std::cout << ", " << m.at(row_index, j);
    std::cout << '\n';
}

运行测试截图:

---

实验任务5:

源码:

contact.hpp

#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;
}

contactBook.hpp

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include "contact.hpp"

// 通讯录类
class ContactBook
{
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;

private:
    int index(const std::string &name) const; // 返回联系人在contacts内索引，如不存在，返回-1
    void sort();                              // 按姓名字典序升序排序通讯录

private:
    std::vector<Contact> contacts;
};

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

task5.cpp

#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();
}

运行测试截图:

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