实验四

试验任务一：

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <vector>
 4 #include <array>
 5 #include <string>
 6 
 7 class GradeCalc {
 8 public:
 9     GradeCalc(const std::string &cname);      
10     void input(int n);                         // 录入n个成绩
11     void output() const;                      // 输出成绩
12     void sort(bool ascending = false);        // 排序 (默认降序)
13     int min() const;                          // 返回最低分（如成绩未录入，返回-1)
14     int max() const;                          // 返回最高分 （如成绩未录入，返回-1)
15     double average() const;                   // 返回平均分 （如成绩未录入，返回0.0)
16     void info();                      // 输出课程成绩信息 
17 
18 private:
19     void compute();     // 成绩统计
20 
21 private:
22     std::string course_name;     // 课程名
23     std::vector<int> grades;     // 课程成绩
24     std::array<int, 5> counts;      // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100]
25     std::array<double, 5> rates;    // 保存各分数段人数占比 
26     bool is_dirty;      // 脏标记，记录是否成绩信息有变更
27 };
CradeCalc.hpp
  1 #include <algorithm>
  2 #include <array>
  3 #include <cstdlib>
  4 #include <iomanip>
  5 #include <iostream>
  6 #include <numeric>
  7 #include <string>
  8 #include <vector>
  9 
 10 #include "GradeCalc.hpp"
 11 
 12 GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname):course_name{cname},is_dirty{true} {
 13     counts.fill(0);
 14     rates.fill(0);   
 15 }
 16 
 17 void GradeCalc::input(int n) {
 18     if(n < 0) {
 19         std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n";
 20         std::exit(1);
 21     }
 22 
 23     grades.reserve(n);
 24 
 25     int grade;
 26 
 27     for(int i = 0; i < n;) {
 28         std::cin >> grade;
 29 
 30         if(grade < 0 || grade > 100) {
 31             std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n";
 32             continue;
 33         }
 34         
 35         grades.push_back(grade);
 36         ++i;
 37     }
 38 
 39     is_dirty = true;  // 设置脏标记：成绩信息有变更
 40 }
 41 
 42 void GradeCalc::output() const {
 43     for(auto grade: grades)
 44         std::cout << grade << ' ';
 45     std::cout << std::endl;
 46 }
 47     
 48 void GradeCalc::sort(bool ascending) {
 49     if(ascending)
 50         std::sort(grades.begin(), grades.end());
 51     else
 52         std::sort(grades.begin(), grades.end(), std::greater<int>());
 53 }
 54 
 55 int GradeCalc::min() const {
 56     if(grades.empty())
 57         return -1;
 58 
 59     auto it = std::min_element(grades.begin(), grades.end());
 60     return *it;
 61 }
 62 
 63 int GradeCalc::max() const {
 64     if(grades.empty()) 
 65         return -1;
 66 
 67     auto it = std::max_element(grades.begin(), grades.end());
 68     return *it;
 69 }
 70 
 71 double GradeCalc::average() const {
 72     if(grades.empty())
 73         return 0.0;
 74 
 75     double avg = std::accumulate(grades.begin(), grades.end(), 0.0)/grades.size();
 76     return avg;
 77 }
 78 
 79 void GradeCalc::info() {
 80     if(is_dirty) 
 81        compute();
 82 
 83     std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl;
 84     std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl;
 85     std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl;
 86     std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl;
 87 
 88     const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", 
 89                                            "[60, 70)", 
 90                                            "[70, 80)",
 91                                            "[80, 90)", 
 92                                            "[90, 100]"};
 93     
 94     for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i)
 95         std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t"
 96                   << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n";
 97 }
 98 
 99 void GradeCalc::compute() {
100     if(grades.empty())
101         return;
102 
103     counts.fill(0); 
104     rates.fill(0.0);
105 
106     // 统计各分数段人数
107     for(auto grade:grades) {
108         if(grade < 60)
109             ++counts[0];        // [0, 60)
110         else if (grade < 70)
111             ++counts[1];        // [60, 70)
112         else if (grade < 80)
113             ++counts[2];        // [70, 80)
114         else if (grade < 90)
115             ++counts[3];        // [80, 90)
116         else
117             ++counts[4];        // [90, 100]
118     }
119 
120     // 统计各分数段比例
121     for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i)
122         rates[i] = counts[i] * 1.0 / grades.size();
123     
124     is_dirty = false;  // 更新脏标记
125 }
CradeCalc.cpp
 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 #include "GradeCalc.hpp"
 4 
 5 void test() {
 6     GradeCalc c1("OOP");
 7 
 8     std::cout << "录入成绩:\n";
 9     c1.input(5);
10 
11     std::cout << "输出成绩:\n";
12     c1.output();
13 
14     std::cout << "排序后成绩:\n";
15     c1.sort(); c1.output();
16 
17     std::cout << "*************成绩统计信息*************\n";
18     c1.info();
19 
20 }
21 
22 int main() {
23     test();
24 }
task1.cpp

运行结果：

image

问题一：std::string course_name;：存储课程名称，用于标识当前成绩计算器对应的课程。

　　　　std::vector<int> grades;：存储课程的所有成绩数据，是成绩计算的核心数据载体。

　　　　std::array<int, 5> counts;：存储 5 个分数段的人数统计结果，支持分数段占比计算。

　　　　std::array<double, 5> rates;：存储 5 个分数段的人数占比，用于统计信息输出。

问题二：不合法。grades 是私有成员，push_back 是 std::vector 的成员函数，未通过 GradeCalc 的公有接口暴露，外部无法直接调用。

问题三：（1）compute 会被调用 1 次。is_dirty 为 “脏标记”，用于记录成绩数据是否发生变更。

　　　　（2）不需要更改 compute 调用位置。理由：新增 update_grade 时，只需在函数内将 is_dirty 设为 true，info 函数会自动检测标记并调用 compute 重新计算。

问题四：加在info中

 1 void GradeCalc::info() {
 2     if(is_dirty) 
 3         compute();
 4 
 5     std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl;
 6     std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl;
 7     std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl;
 8     std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl;
 9 
10     // 新增
11     if (grades.empty()) {
12         std::cout << "中位数:\t" << "无数据" << std::endl;
13     } else {
14         std::vector<int> temp = grades; 
15         std::sort(temp.begin(), temp.end());
16         int n = temp.size();
17         double median = (n % 2 == 1) ? temp[n/2] : (temp[n/2 - 1] + temp[n/2]) / 2.0;
18         std::cout << "中位数:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << median << std::endl;
19     }
20 
21     const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", "[60, 70)", "[70, 80)", "[80, 90)", "[90, 100]"};
22     for(int i = grade_range.size()-1; i >= 0; --i)
23         std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t"
24                   << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n";
25 }
新的info

问题五：不能去掉。若去掉，当成绩数据发生变更时，counts 和 rates 会保留上一次的统计结果，导致新的统计数据与历史数据叠加，出现统计错误。

问题六：（1）无影响

　　　　（2）导致多次内存重分配和数据拷贝，降低录入大量成绩时的效率。

实验任务二：

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <array>
 4 #include <string>
 5 #include <vector>
 6 
 7 class GradeCalc: private std::vector<int> {
 8 public:
 9     GradeCalc(const std::string &cname);      
10     void input(int n);                        // 录入n个成绩
11     void output() const;                      // 输出成绩
12     void sort(bool ascending = false);        // 排序 (默认降序)
13     int min() const;                          // 返回最低分
14     int max() const;                          // 返回最高分
15     double average() const;                   // 返回平均分
16     void info();                              // 输出成绩统计信息 
17 
18 private:
19     void compute();               // 计算成绩统计信息
20 
21 private:
22     std::string course_name;     // 课程名
23     std::array<int, 5> counts;   // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100]
24     std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段占比
25     bool is_dirty;      // 脏标记，记录是否成绩信息有变更
26 };
CradeCalc.hpp
  1 #include <algorithm>
  2 #include <array>
  3 #include <cstdlib>
  4 #include <iomanip>
  5 #include <iostream>
  6 #include <numeric>
  7 #include <string>
  8 #include <vector>
  9 #include "GradeCalc.hpp"
 10 
 11 
 12 GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname): course_name{cname}, is_dirty{true}{
 13     counts.fill(0);
 14     rates.fill(0);
 15 }   
 16 
 17 void GradeCalc::input(int n) {
 18     if(n < 0) {
 19         std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n";
 20         return;
 21     }
 22 
 23     this->reserve(n);
 24 
 25     int grade;
 26 
 27     for(int i = 0; i < n;) {
 28         std::cin >> grade;
 29         if(grade < 0 || grade > 100) {
 30             std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n";
 31             continue;
 32         }
 33 
 34         this->push_back(grade);
 35         ++i;
 36     } 
 37 
 38     is_dirty = true;
 39 }  
 40 
 41 void GradeCalc::output() const {
 42     for(auto grade: *this)
 43         std::cout << grade << ' ';
 44     std::cout << std::endl;
 45 } 
 46 
 47 void GradeCalc::sort(bool ascending) {
 48     if(ascending)
 49         std::sort(this->begin(), this->end());
 50     else
 51         std::sort(this->begin(), this->end(), std::greater<int>());
 52 }  
 53 
 54 int GradeCalc::min() const {
 55     if(this->empty())
 56         return -1;
 57 
 58     return *std::min_element(this->begin(), this->end());
 59 }  
 60 
 61 int GradeCalc::max() const {
 62     if(this->empty())
 63         return -1;
 64 
 65     return *std::max_element(this->begin(), this->end());
 66 }    
 67 
 68 double GradeCalc::average() const {
 69     if(this->empty())
 70         return 0.0;
 71 
 72     double avg = std::accumulate(this->begin(), this->end(), 0.0) / this->size();
 73     return avg;
 74 }   
 75 
 76 void GradeCalc::info() {
 77     if(is_dirty) 
 78         compute();
 79 
 80     std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl;
 81     std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl;
 82     std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl;
 83     std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl;
 84 
 85     const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ", 
 86                                            "[60, 70)", 
 87                                            "[70, 80)",
 88                                            "[80, 90)", 
 89                                            "[90, 100]"};
 90     
 91     for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i)
 92         std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t"
 93                   << std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n";
 94 }
 95 
 96 void GradeCalc::compute() {
 97     if(this->empty())
 98         return;
 99     
100     counts.fill(0);
101     rates.fill(0);
102 
103     // 统计各分数段人数
104     for(int grade: *this) {
105         if(grade < 60)
106             ++counts[0];        // [0, 60)
107         else if (grade < 70)
108             ++counts[1];        // [60, 70)
109         else if (grade < 80)
110             ++counts[2];        // [70, 80)
111         else if (grade < 90)
112             ++counts[3];        // [80, 90)
113         else
114             ++counts[4];        // [90, 100]
115     }
116 
117     // 统计各分数段比例
118     for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i)
119         rates[i] = counts[i] * 1.0 / this->size();
120     
121     is_dirty = false;
122 }
CradeCalc.cpp
 1 #include <iostream>
 2 #include <string>
 3 #include "GradeCalc.hpp"
 4 
 5 void test() {
 6     GradeCalc c1("OOP");
 7 
 8     std::cout << "录入成绩:\n";
 9     c1.input(5);
10 
11     std::cout << "输出成绩:\n";
12     c1.output();
13 
14     std::cout << "排序后成绩:\n";
15     c1.sort(); c1.output();
16 
17     std::cout << "*************成绩统计信息*************\n";
18     c1.info();
19 
20 }
21 
22 int main() {
23     test();
24 }
task2.cpp

运行结果：

image

问题一：class GradeCalc: private std::vector<int> 

问题二：不会；不能，原因：GradeCalc 采用私有继承，基类 std::vector<int> 的所有成员接口都会成为 GradeCalc 的私有成员，外部无法直接访问。

问题三：组合方式：通过私有成员变量 grades 直接访问数据，封装性强

　　　　继承方式：通过 this 指针访问基类 std::vector<int> 的数据，本质是直接访问基类的内部存储，封装性较弱

问题四：组合方案更适合。理由：成绩计算器与成绩集合是包含关系，组合方式封装性更强，可灵活控制成绩数据的访问接口。继承方案虽能隐藏接口，但是扩展性较差。

试验任务三：

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <string>
 4 #include <vector>
 5 
 6 enum class GraphType {circle, triangle, rectangle};
 7 
 8 // Graph类定义
 9 class Graph {
10 public:
11     virtual void draw() {}
12     virtual ~Graph() = default;
13 };
14 
15 // Circle类声明
16 class Circle : public Graph {
17 public:
18     void draw();
19 };
20 
21 // Triangle类声明
22 class Triangle : public Graph {
23 public:
24     void draw();
25 };
26 
27 // Rectangle类声明
28 class Rectangle : public Graph {
29 public:
30     void draw();
31 };
32 
33 // Canvas类声明
34 class Canvas {
35 public:
36     void add(const std::string& type);   // 根据字符串添加图形
37     void paint() const;                  // 使用统一接口绘制所有图形
38     ~Canvas();                           // 手动释放资源
39 
40 private:
41     std::vector<Graph*> graphs;          
42 };
43 
44 // 4. 工具函数
45 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s);  // 字符串转枚举类型
46 Graph* make_graph(const std::string& type);  // 创建图形，返回堆对象指针
Graph.hpp
 1 #include <algorithm>
 2 #include <cctype>
 3 #include <iostream>
 4 #include <string>
 5 
 6 #include "Graph.hpp"
 7 
 8 // Circle类实现
 9 void Circle::draw()     { std::cout << "draw a circle...\n"; }
10 
11 // Triangle类实现
12 void Triangle::draw()   { std::cout << "draw a triangle...\n"; }
13 
14 // Rectangle类实现
15 void Rectangle::draw()  { std::cout << "draw a rectangle...\n"; }
16 
17 // Canvas类实现
18 void Canvas::add(const std::string& type) {
19     Graph* g = make_graph(type);
20     if (g) 
21         graphs.push_back(g);
22 }
23 
24 void Canvas::paint() const {
25     for (Graph* g : graphs) 
26         g->draw();   
27 }
28 
29 Canvas::~Canvas() {
30     for (Graph* g : graphs) 
31         delete g;
32 }
33 
34 // 工具函数实现
35 // 字符串 → 枚举转换
36 GraphType str_to_GraphType(const std::string& s) {
37     std::string t = s;
38     std::transform(s.begin(), s.end(), t.begin(),
39                    [](unsigned char c) { return std::tolower(c);});
40 
41     if (t == "circle")   
42         return GraphType::circle;
43 
44     if (t == "triangle") 
45         return GraphType::triangle;
46 
47     if (t == "rectangle")
48         return GraphType::rectangle;
49 
50     return GraphType::circle;   // 缺省返回
51 }
52 
53 // 创建图形，返回堆对象指针
54 Graph* make_graph(const std::string& type) {
55     switch (str_to_GraphType(type)) {
56     case GraphType::circle:     return new Circle;
57     case GraphType::triangle:   return new Triangle;
58     case GraphType::rectangle:  return new Rectangle;
59     default: return nullptr;
60     }
61 }
Graph.cpp
 1 #include <string>
 2 #include "Graph.hpp"
 3 
 4 void test() {
 5     Canvas canvas;
 6 
 7     canvas.add("circle");
 8     canvas.add("triangle");
 9     canvas.add("rectangle");
10     canvas.paint();
11 }
12 
13 int main() {
14     test();
15 }
demo3.cpp

运行结果：

image

问题一：（1）std::vector<Graph*> graphs;。功能：存储多个图形对象的指针，统一管理所有待绘制的图形

　　　　（2）class Circle : public Graph

　　　　　　class Triangle : public Graph

　　　　　　class Rectangle : public Graph

问题二：（1）所有调用都会执行基类 Graph::draw()无法触发子类的重写实现

　　　　（2）会丢失子类特有成员，无法触发多态

　　　　（3）会导致内存泄漏。

问题三：Graph.hpp：在 enum class GraphType 中添加 star；

　　　　　　　　　  声明 Star 类：class Star : public Graph { public: void draw(); };

　　　　Graph.cpp：实现 Star::draw()：void Star::draw() { std::cout << "draw a star...\n"; }；

　　　　　　　　　  在 str_to_GraphType 函数中添加：if (t == "star") return GraphType::star;；
　　　　　　　　　  在 make_graph 函数中添加：case GraphType::star: return new Star;
　　　　demo3.cpp：在 test() 中添加 canvas.add("star");

问题四：（1）：在 Canvas 的析构函数中被释放，通过 delete g 释放每个图形对象的堆内存。

　　　　（2）：利：实现简单，直接控制对象的创建和释放时机，灵活性高；弊：易出现内存泄漏，且需要手动管理内存生命周期

实验任务四;

运行结果：

image

 场景描述：设计儿童电子毛绒玩具管理系统，核心需求为：仅包含 “智能互动”“音乐点播” 两类玩具，通过玩具工厂类实现玩具的统一添加与信息展示，功能聚焦儿童玩具的核心使用场景

各类之间的关系：继承：SmartInteractiveToy 公有继承 Toy；MusicPlayerToy 公有继承 Toy 理由：两类玩具均属于 “Toy（玩具）” 的具体类型，共享 “名称、类型” 核心属性，需重写 “特异功能” 接口。

　　　　　　　　组合：ToyFactory 内嵌 std::vector<Toy*> 成员 toys。理由：玩具工厂与玩具是 “包含” 关系，工厂需管理多个不同类型的玩具；通过 vector 存储玩具指针，可灵活添加玩具、批量遍历展示

 1 #pragma once
 2 #include <string>
 3 #include <vector>
 4 
 5 class Toy {
 6 public:
 7     Toy(const std::string& name, const std::string& type)
 8         : name(name), type(type) {
 9     }
10     virtual ~Toy() = default;
11     virtual std::string getSpecialFunction() const = 0;
12 
13     std::string getName() const { return name; }
14     std::string getType() const { return type; }
15 
16 private:
17     std::string name;  
18     std::string type;   
19 };
20 
21 class SmartInteractiveToy : public Toy {
22 public:
23     SmartInteractiveToy(const std::string& name, const std::string& type)
24         : Toy(name, type) {
25     }
26     std::string getSpecialFunction() const override {
27         return "语音对话、故事点播、中英双语教学";
28     }
29 };
30 
31 class MusicPlayerToy : public Toy {
32 public:
33     MusicPlayerToy(const std::string& name, const std::string& type)
34         : Toy(name, type) {
35     }
36     std::string getSpecialFunction() const override {
37         return "儿歌播放、语音点歌、音量调节";
38     }
39 };
40 
41 class ToyFactory {
42 public:
43     ~ToyFactory();
44     void addToy(Toy* toy);       
45     void showAllToys() const;    
46 
47 private:
48     std::vector<Toy*> toys;     
49 };
Toy.hpp
 1 #include "Toy.hpp"
 2 #include <iostream>
 3 #include <iomanip>
 4 
 5 ToyFactory::~ToyFactory() {
 6     for (Toy* toy : toys) {
 7         delete toy;
 8     }
 9 
10 }
11 
12 void ToyFactory::addToy(Toy* toy) {
13     if (toy != nullptr) {
14         toys.push_back(toy);
15     }
16 }
17 
18 void ToyFactory::showAllToys() const {
19     std::cout << "=============== 儿童毛绒玩具工厂库存 ===============\n";
20     std::cout << std::left << std::setw(20) << "玩具名称"
21         << std::setw(12) << "玩具类型"
22         << "特异功能\n";
23     std::cout << "---------------------------------------------------\n";
24 
25     for (const Toy* toy : toys) {
26         std::cout << std::left << std::setw(20) << toy->getName()
27             << std::setw(12) << toy->getType()
28             << toy->getSpecialFunction() << "\n";
29     }
30     std::cout << "===================================================\n";
31 }
Toy.cpp
demo4.cpp
posted @ 2025-12-02 20:52  yahuao  阅读(3)  评论(0)    收藏  举报