实验1

// 现代C++标准库、算法库体验
// 本例用到以下内容:
// 1. 字符串string, 动态数组容器类vector、迭代器
// 2. 算法库：反转元素次序、旋转元素
// 3. 函数模板、const引用作为形参 

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>

// 模板函数声明
template <class T>
void output(const T &);

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 <class 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);
}

运行结果截图

 问题1：reverse()函数的功能是在原始的容器中将数据元素反序排列，reverse_copy()函数则将原容器中的数据元素反序拷贝到第三个参数所指容器中
问题2：rotate()函数将容器中的元素按参数指定的方式进行循环位移，第一个参数是容器的开始迭代器，第三个参数元素是容器的结束迭代器，第二个参数利用容器的迭代器位移指定数据位移方式

实验任务2

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <ctime>

// 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));    
    std::cout << "测试1: \n";
    test1();
    // 添加随机种子
    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;
}

 

问题1：generate()函数的功能是生成随机数填充容器
问题2：minmax_element()函数返回一个包含容器最大值最小值索引的pair对象，对比单独取值的优势是：直接将最值封装在一个对象中，命名时不必再体现最大值或最小值的性质，直接增强了相关的两个最值的联系性和安全性，避免在大型工程中因遗忘而重复取最值造成污染
问题3：将函数generate_random_number()相关代码做如下修改：

// test1()模块和test2()模块：
generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number);
---->改成
generate(v0.begin(), v0.end(), [](){return std::rand()%101;});

使用匿名函数表示随机数生成的控制方式，即保留了函数的安全性和内联函数的快速，减少因极少复用而导致的低性价比内存消耗，又避免在其他地方意外使用同名函数导致的编译运行错误

实验任务3

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cctype>

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';
}

 问题1：自定义函数fun()的功能是将输入的字符按字典序变为下一个字符
问题2：tolower()函数将输入的字符转为小写，toupper()函数将输入字符转为大写
问题3：transform()函数前两个参数表示操作数存放的容器，第三个参数表示转化后的操作数存放的容器，第四个参数表示转化的控制方式，将第三个参数从s2.begin()改为s1.begin(),则操作后的数据存放在原容器s1中

实验任务4

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
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
    while(cin >> s)
    {
        cout << boolalpha 
            << "区分大小写: " << is_palindrome(s) << "\n"
            << "不区分大小写: " << is_palindrome_ignore_case(s) << "\n\n";
    }     
}

// 函数is_palindrome定义
bool is_palindrome(const std::string &s)
{
    using namespace std;
    for (int i = 0; i < (int)s.length() / 2; ++i)
        if (s[i] != s[s.length() - i - 1])
            return false;
    return true;
}

// 函数is_palindrome_ignore_case定义
bool is_palindrome_ignore_case(const std::string &s)
{
    using namespace std;
    for (int i = 0; i < (int)s.length() / 2; ++i)
            if (toupper(s[i]) != toupper(s[s.length() - i - 1]))
                return false;
    return true;
}

 问题：将(cin >> s)改为getline(cin,s)即可
再次测试结果：

实验任务5

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
 
std::string dec2n(int x, int n = 2);

int main()
{
    int x;
    while(std::cin >> x)
    {
        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 s;
    char temp = 0;
    while (x != 0)
    {
        temp = x % n + '0';
        if (temp > '9')
            temp = 'A' - 1 + temp - '9';
        s.push_back(temp);
        x /= n;
    }
    if (s.empty())
        s.push_back('0');
    std::reverse(s.begin(), s.end());
    return s;
}

 

 

实验任务6

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <vector>
#include <cctype>
#include <algorithm>

int main()
{
    char temp = 'a';
    std::vector<char> alpha; 
    std::cout << std::setw(2) << ' ';
    while (temp <= 'z')
    {
        std::cout << std::setw(2) << temp;
        alpha.push_back(std::toupper(temp++));
    }
    std::cout << std::endl;
    for (int i = 1; i <= 26; ++i)
    {
        std::cout << std::setw(2) << i;
        std::rotate(alpha.begin(), alpha.begin() + 1, alpha.end());
        for (const auto &e : alpha)
            std::cout << ' ' << e;
    std::cout << std::endl;    
    }
    return 0;
}

实验任务7

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <vector>
#include <utility>

int getFactor(int n)
{
    std::srand(time(0));
    std::vector<int> Fac;
    for (int i = 1; i <= n; ++i)
        if (n % i == 0)
            Fac.push_back(i);
    return Fac[std::rand() % Fac.size()];
}

int main()
{
    constexpr int total = 10;
    constexpr std::pair<int,int> range{1,10};
    
    int num1, num2, ans, input, score = 0;
    std::srand(time(0));
    for (int i = 0; i < total; ++i)
    {
        num1 = std::rand() % (range.second - range.first) + range.first;
        std::cout << num1 << ' ';
        switch (std::rand() % 4)
        {
            case 0:
                num2 = std::rand() % (range.second - range.first) + range.first;
                ans = num1 + num2;
                std::cout << '+' << ' ';
                break;
            case 1:
                num2 = std::rand() % (num1 - range.first) + range.first;
                ans = num1 - num2;
                std::cout << '-' << ' ';
                break;
            case 2:
                num2 = std::rand() % (range.second - num1) + range.first;
                ans = num1 * num2;
                std::cout << '*' << ' ';
                break;
            case 3:
                num2 = getFactor(num1);
                ans = num1 / num2;
                std::cout << '/' << ' ';
                break;
        }
        std::cout << num2 << ' ' << '=' << ' ';
        std::cin >> input;
        if (ans == input)
            ++score;
    }
    std::cout << "正确率：" << std::fixed << std::setprecision(2) << double(score) / total * 100 << '%';
    return 0;
}

再次运行结果不同

 

 

实验总结

C++在完全兼容C语言语法的前提下，在标准库中提供了大量常用功能的具体化实现，包括算法类与容器类，避免在编写这些常见功能的过程中出现问题，简化了底层结构的编写过程，使得使用者可以更加专注于代码功能的实现。
标准库中的函数提供了大量的具体化以增强泛用性，使得代码的灵活性更高，不必为了某个标准库实现而必须使用某种数据类型，将数据结构的选择权几乎完全交给使用者，符合C++语言相信使用者的理念。