实验四
任务一
GradeCrlc.cpp
#include <algorithm> #include <array> #include <cstdlib> #include <iomanip> #include <iostream> #include <numeric> #include <string> #include <vector> #include "GradeCalc.hpp" GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname) : course_name{cname}, is_dirty{true} { counts.fill(0); rates.fill(0); } void GradeCalc::input(int n) { if(n < 0) { std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n"; std::exit(1); } grades.reserve(n); int grade; for(int i = 0; i < n;) { std::cin >> grade; if(grade < 0 || grade > 100) { std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n"; continue; } grades.push_back(grade); ++i; } is_dirty = true; } void GradeCalc::output() const { for(auto grade: grades) std::cout << grade << ' '; std::cout << std::endl; } void GradeCalc::sort(bool ascending) { if(ascending) std::sort(grades.begin(), grades.end()); else std::sort(grades.begin(), grades.end(), std::greater<int>()); } int GradeCalc::min() const { if(grades.empty()) return -1; auto it = std::min_element(grades.begin(), grades.end()); return *it; } int GradeCalc::max() const { if(grades.empty()) return -1; auto it = std::max_element(grades.begin(), grades.end()); return *it; } double GradeCalc::average() const { if(grades.empty()) return 0.0; double avg = std::accumulate(grades.begin(), grades.end(), 0.0) / grades.size(); return avg; } void GradeCalc::info() { if(is_dirty) compute(); std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl; std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl; std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl; std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl; const std::array<std::string, 5> grade_range{ "[0, 60)", "[60, 70)", "[70, 80)", "[80, 90)", "[90, 100]" }; for(int i = grade_range.size()-1; i >= 0; --i) std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n"; } void GradeCalc::compute() { if(grades.empty()) return; counts.fill(0); rates.fill(0.0); for(auto grade: grades) { if(grade < 60) ++counts[0]; else if (grade < 70) ++counts[1]; else if (grade < 80) ++counts[2]; else if (grade < 90) ++counts[3]; else ++counts[4]; } for(int i = 0; i < rates.size(); ++i) rates[i] = counts[i] * 1.0 / grades.size(); is_dirty = false; }
GradeCrlc.hpp
#pragma once #include <vector> #include <array> #include <string> class GradeCalc { public: GradeCalc(const std::string &cname); void input(int n); void output() const; void sort(bool ascending = false); int min() const; int max() const; double average() const; void info(); private: void compute(); private: std::string course_name; std::vector<int> grades; std::array<int, 5> counts; std::array<double, 5> rates; bool is_dirty; };
task1.cpp
#include <iostream> #include <string> #include "GradeCalc.hpp" void test() { GradeCalc c1("OOP"); std::cout << "录入成绩:\n"; c1.input(5); std::cout << "输出成绩:\n"; c1.output(); std::cout << "排序后成绩:\n"; c1.sort(); c1.output(); } int main() { test(); return 0; }
1.std::string course_name; - 存储课程名称
std::vector<int> grades; - 存储所有学生的成绩数据
std::array<int, 5> counts; - 统计5个分数段的人数分布
std::array<double, 5> rates; - 存储各分数段的占比百分比
2.如果这样使用：c1.grades.push_back(85); 是不合法的。因为 grades 是私有成员，无法在类外部直接访问，只能通过公有接口（如 input() 方法）来修改成绩数据。
3.会被调用1次,is_dirty 标记的作用是避免重复计算,需要，在函数内部设置 is_dirty = true
4.
// 在info()函数中增加
std::vector<int> temp = grades;
std::sort(temp.begin(), temp.end());
double median;
int n = temp.size();
if (n == 0) {
median = 0.0;
} else if (n % 2 == 0) {
median = (temp[n/2 - 1] + temp[n/2]) / 2.0;
} else {
median = temp[n/2];
}
std::cout << "中位数:\t" << median << std::endl;
5.不能去掉这两行代码。当成绩被修改后，原有的统计信息会与新成绩的统计信息累加，导致计数错误。
6.对程序功能没有影响，对性能有影响，当多次 push_back 操作导致 vector 容量不足时，会触发多次内存重新分配和数据拷贝，降低程序运行效率。
任务二
GradeCrlc.hpp
#pragma once #include <array> #include <string> #include <vector> class GradeCalc: private std::vector<int> { public: GradeCalc(const std::string &cname); void input(int n); // 录入n个成绩 void output() const; // 输出成绩 void sort(bool ascending = false); // 排序 (默认降序) int min() const; // 返回最低分 int max() const; // 返回最高分 double average() const; // 返回平均分 void info(); // 输出成绩统计信息 private: void compute(); // 计算成绩统计信息 private: std::string course_name; // 课程名 std::array<int, 5> counts; // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100] std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段占比 bool is_dirty; // 脏标记，记录是否成绩信息有变更 };
GradeCrlc.cpp
#include <algorithm> #include <array> #include <cstdlib> #include <iomanip> #include <iostream> #include <numeric> #include <string> #include <vector> #include "GradeCalc.hpp" GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname): course_name{cname}, is_dirty{true}{ counts.fill(0); rates.fill(0); } void GradeCalc::input(int n) { if(n < 0) { std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n"; return; } this->reserve(n); int grade; for(int i = 0; i < n;) { std::cin >> grade; if(grade < 0 || grade > 100) { std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n"; continue; } this->push_back(grade); ++i; } is_dirty = true; } void GradeCalc::output() const { for(auto grade: *this) std::cout << grade << ' '; std::cout << std::endl; } void GradeCalc::sort(bool ascending) { if(ascending) std::sort(this->begin(), this->end()); else std::sort(this->begin(), this->end(), std::greater<int>()); } int GradeCalc::min() const { if(this->empty()) return -1; return *std::min_element(this->begin(), this->end()); } int GradeCalc::max() const { if(this->empty()) return -1; return *std::max_element(this->begin(), this->end()); } double GradeCalc::average() const { if(this->empty()) return 0.0; double avg = std::accumulate(this->begin(), this->end(), 0.0) / this->size(); return avg; } void GradeCalc::info() { if(is_dirty) compute(); std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl; std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl; std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl; std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl; const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", "[60, 70)", "[70, 80)", "[80, 90)", "[90, 100]"}; for(int i = grade_range.size()-1; i >= 0; --i) std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n"; } void GradeCalc::compute() { if(this->empty()) return; counts.fill(0); rates.fill(0); // 统计各分数段人数 for(int grade: *this) { if(grade < 60) ++counts[0]; // [0, 60) else if (grade < 70) ++counts[1]; // [60, 70) else if (grade < 80) ++counts[2]; // [70, 80) else if (grade < 90) ++counts[3]; // [80, 90) else ++counts[4]; // [90, 100] } // 统计各分数段比例 for(int i = 0; i < rates.size(); ++i) rates[i] = counts[i] * 1.0 / this->size(); is_dirty = false; }
task2.cpp
#include <iostream> #include <string> #include "GradeCalc.hpp" void test() { GradeCalc c1("OOP"); std::cout << "录入成绩:\n"; c1.input(5); std::cout << "输出成绩:\n"; c1.output(); std::cout << "排序后成绩:\n"; c1.sort(); c1.output(); std::cout << "*************成绩统计信息*************\n"; c1.info(); } int main() { test(); return 0; }
1.class GradeCalc: private std::vector<int> {
2.不会,不能编译通过,私有继承将基类的所有公有和保护成员变为派生类的私有成员，外部无法直接访问。
3.通过私有继承，GradeCalc 继承了 vector 的所有功能，但对外部隐藏了基类接口，需要重新公开必要的接口
4.我认为组合方案更适合成绩计算这个问题场景,有较好的封装,灵活的扩展和更少的耦合
任务三
Graph.hpp
#pragma once #include <string> #include <vector> enum class GraphType {circle, triangle, rectangle}; // Graph类定义 class Graph { public: virtual void draw() {} virtual ~Graph() = default; }; // Circle类声明 class Circle : public Graph { public: void draw(); }; // Triangle类声明 class Triangle : public Graph { public: void draw(); }; // Rectangle类声明 class Rectangle : public Graph { public: void draw(); }; // Canvas类声明 class Canvas { public: void add(const std::string& type); // 根据字符串添加图形 void paint() const; // 使用统一接口绘制所有图形 ~Canvas(); // 手动释放资源 private: std::vector<Graph*> graphs; }; // 工具函数 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s); // 字符串转枚举类型 Graph* make_graph(const std::string& type); // 创建图形，返回堆对象指针
Graph.cpp
#include <algorithm> #include <cctype> #include <iostream> #include <string> #include "Graph.hpp" // Circle类实现 void Circle::draw() { std::cout << "draw a circle...\n"; } // Triangle类实现 void Triangle::draw() { std::cout << "draw a triangle...\n"; } // Rectangle类实现 void Rectangle::draw() { std::cout << "draw a rectangle...\n"; } // Canvas类实现 void Canvas::add(const std::string& type) { Graph* g = make_graph(type); if (g) graphs.push_back(g); } void Canvas::paint() const { for (Graph* g : graphs) g->draw(); } Canvas::~Canvas() { for (Graph* g : graphs) delete g; } // 工具函数实现 // 字符串 → 枚举转换 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s) { std::string t = s; std::transform(s.begin(), s.end(), t.begin(), [](unsigned char c) { return std::tolower(c);}); if (t == "circle") return GraphType::circle; if (t == "triangle") return GraphType::triangle; if (t == "rectangle") return GraphType::rectangle; return GraphType::circle; // 缺省返回 } // 创建图形，返回堆对象指针 Graph* make_graph(const std::string& type) { switch (str_to_GraphType(type)) { case GraphType::circle: return new Circle; case GraphType::triangle: return new Triangle; case GraphType::rectangle: return new Rectangle; default: return nullptr; } }
demo3.cpp
#include <string> #include "Graph.hpp" void test() { Canvas canvas; canvas.add("circle"); canvas.add("triangle"); canvas.add("rectangle"); canvas.paint(); } int main() { test(); }
1.std::vector<Graph*> graphs;存储指向各种图形对象的指针，实现Canvas对多个图形对象的聚合管理。
(2)
class Circle : public Graph;
class Triangle : public Graph;
class Rectangle : public Graph;
2.不会输出任何图形信息。
会出现对象切片问题,从而无法正确调用派生类的draw函数。
通过基类指针删除派生类对象时，将只调用基类的析构函数，而不会调用派生类的析构函数，导致派生类特有的资源无法释放，造成内存泄漏。
Graph.hpp：
在枚举类型GraphType中添加star枚举值
新增Star类的声明，继承自Graph
在工具函数声明中确保make_graph能处理star类型
Graph.cpp：
实现Star::draw()函数
在str_to_GraphType函数中添加对"star"字符串的处理
在make_graph函数中添加case GraphType::star，返回new Star
4.在Canvas的析构函数中被释放。
利：直接、简单，不需要额外的库支持，性能较高。
弊：容易造成内存泄漏（如忘记delete）、悬垂指针（如重复delete）和内存管理混乱。在现代C++中，推荐使用智能指针（如std::unique_ptr）来自动管理内存，减少手动管理带来的错误。
任务四
设计一个玩具管理系统，该系统需要能够处理不同类型的智能玩具。每种玩具都有共同的基本属性（如名称、价格），但也有各自独特的特异功能。系统需要提供统一的接口来管理这些不同类型的玩具。
继承关系,组合关系,多态
toy.hpp
#pragma once #include <string> #include <vector> // 玩具基类 class Toy { protected: std::string name; // 玩具名称 float price; // 价格 public: Toy(const std::string& name, float price); virtual ~Toy() = default; // 显示基本信息 void showInfo() const; // 纯虚函数：特异功能 virtual void specialFunction() = 0; // 获取名称 std::string getName() const { return name; } float getPrice() const { return price; } }; // 会说话的玩具 class TalkingToy : public Toy { public: TalkingToy(const std::string& name, float price); void specialFunction() override; }; // 会发光的玩具 class GlowingToy : public Toy { public: GlowingToy(const std::string& name, float price); void specialFunction() override; }; // 会跳舞的玩具 class DancingToy : public Toy { public: DancingToy(const std::string& name, float price); void specialFunction() override; }; // 玩具工厂类 class ToyFactory { private: std::vector<Toy*> toys; // 玩具指针数组 public: ToyFactory(); ~ToyFactory(); // 添加玩具 void addToy(Toy* toy); // 显示所有玩具信息 void displayAllToys() const; // 演示所有玩具的特异功能 void demonstrateAllToys() const; // 获取玩具数量 int getToyCount() const { return toys.size(); } };
toy.cpp
#include "Toy.hpp" #include <iostream> // Toy 基类实现 Toy::Toy(const std::string& name, float price) : name(name), price(price) {} void Toy::showInfo() const { std::cout << "玩具名称: " << name << ", 价格: " << price << "元" << std::endl; } // TalkingToy 实现 TalkingToy::TalkingToy(const std::string& name, float price) : Toy(name, price) {} void TalkingToy::specialFunction() { std::cout << name << " 说: '你好，我是会说话的玩具！'" << std::endl; } // GlowingToy 实现 GlowingToy::GlowingToy(const std::string& name, float price) : Toy(name, price) {} void GlowingToy::specialFunction() { std::cout << name << " 发出五彩缤纷的光芒！" << std::endl; } // DancingToy 实现 DancingToy::DancingToy(const std::string& name, float price) : Toy(name, price) {} void DancingToy::specialFunction() { std::cout << name << " 正在跳舞：左扭扭，右扭扭！" << std::endl; } // ToyFactory 实现 ToyFactory::ToyFactory() {} ToyFactory::~ToyFactory() { // 释放所有玩具的内存 for (Toy* toy : toys) { delete toy; } toys.clear(); } void ToyFactory::addToy(Toy* toy) { toys.push_back(toy); std::cout << "已添加玩具: " << toy->getName() << std::endl; } void ToyFactory::displayAllToys() const { if (toys.empty()) { std::cout << "工厂里没有玩具！" << std::endl; return; } std::cout << "\n======= 玩具工厂 =======" << std::endl; std::cout << "玩具总数: " << toys.size() << std::endl; for (int i = 0; i < toys.size(); i++) { std::cout << i+1 << ". "; toys[i]->showInfo(); } } void ToyFactory::demonstrateAllToys() const { if (toys.empty()) { std::cout << "工厂里没有玩具！" << std::endl; return; } std::cout << "\n======= 玩具特异功能演示 =======" << std::endl; for (Toy* toy : toys) { std::cout << "\n玩具: " << toy->getName() << " 的演示：" << std::endl; toy->specialFunction(); } }
demo4.cpp
#include "Toy.hpp" #include <iostream> // 测试函数 void testToySystem() { std::cout << "========== 玩具系统测试 ==========" << std::endl; // 创建玩具工厂 ToyFactory factory; // 创建各种玩具 std::cout << "\n1. 创建玩具..." << std::endl; Toy* talkingBear = new TalkingToy("说话熊", 99.9); Toy* glowingRabbit = new GlowingToy("发光兔", 129.9); Toy* dancingRobot = new DancingToy("跳舞机器人", 199.9); Toy* talkingDog = new TalkingToy("说话狗", 89.9); // 添加到工厂 std::cout << "\n2. 添加玩具到工厂..." << std::endl; factory.addToy(talkingBear); factory.addToy(glowingRabbit); factory.addToy(dancingRobot); factory.addToy(talkingDog); // 显示所有玩具信息 std::cout << "\n3. 显示所有玩具信息..." << std::endl; factory.displayAllToys(); // 演示所有玩具的特异功能 std::cout << "\n4. 演示玩具的特异功能..." << std::endl; factory.demonstrateAllToys(); // 统计信息 std::cout << "\n5. 统计信息..." << std::endl; std::cout << "工厂共有 " << factory.getToyCount() << " 个玩具" << std::endl; std::cout << "\n========== 测试完成 ==========" << std::endl; // 注意：工厂的析构函数会自动释放所有玩具内存 } // 简单的交互式测试 void simpleInteractiveTest() { ToyFactory factory; int choice; std::cout << "简单的玩具工厂演示" << std::endl; std::cout << "1. 添加默认玩具" << std::endl; std::cout << "2. 显示所有玩具" << std::endl; std::cout << "3. 演示玩具功能" << std::endl; std::cout << "0. 退出" << std::endl; do { std::cout << "\n请选择操作: "; std::cin >> choice; switch(choice) { case 1: // 添加几个默认玩具 factory.addToy(new TalkingToy("说话熊", 99.9)); factory.addToy(new GlowingToy("发光兔", 129.9)); factory.addToy(new DancingToy("跳舞机器人", 199.9)); std::cout << "已添加3个默认玩具" << std::endl; break; case 2: factory.displayAllToys(); break; case 3: factory.demonstrateAllToys(); break; case 0: std::cout << "再见！" << std::endl; break; default: std::cout << "无效选择，请重试" << std::endl; } } while (choice != 0); } int main() { std::cout << "选择测试模式:" << std::endl; std::cout << "1. 自动测试" << std::endl; std::cout << "2. 简单交互测试" << std::endl; std::cout << "请输入选择 (1或2): "; int choice; std::cin >> choice; if (choice == 1) { testToySystem(); } else if (choice == 2) { simpleInteractiveTest(); } else { std::cout << "无效选择" << std::endl; } return 0; }
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