实验三
任务一:
任务1代码:
1 #pragma once 2 3 #include <iostream> 4 #include <string> 5 6 class Button { 7 public: 8 Button(const std::string& label_); 9 const std::string& get_label() const; 10 void click(); 11 12 private: 13 std::string label; 14 }; 15 16 Button::Button(const std::string& label_) : label{ label_ } { 17 } 18 19 inline const std::string& Button::get_label() const { 20 return label; 21 } 22 23 inline void Button::click() { 24 std::cout << "Button '" << label << "' clicked\n"; 25 }
1 #pragma once 2 3 #include <iostream> 4 #include <vector> 5 #include <algorithm> 6 #include "button.hpp" 7 8 // 窗口类 9 class Window { 10 public: 11 Window(const std::string& title_); 12 void display() const; 13 void close(); 14 void add_button(const std::string& label); 15 void click_button(const std::string& label); 16 17 private: 18 bool has_button(const std::string& label) const; 19 20 private: 21 std::string title; 22 std::vector<Button> buttons; 23 }; 24 25 Window::Window(const std::string& title_) : title{ title_ } { 26 buttons.push_back(Button("close")); 27 } 28 29 inline void Window::display() const { 30 std::string s(40, '*'); 31 std::cout << s << std::endl; 32 std::cout << "window : " << title << std::endl; 33 int cnt = 0; 34 for (const auto& button : buttons) 35 std::cout << ++cnt << ". " << button.get_label() << std::endl; 36 std::cout << s << std::endl; 37 } 38 39 inline void Window::close() { 40 std::cout << "close window '" << title << "'" << std::endl; 41 click_button("close"); 42 } 43 44 inline bool Window::has_button(const std::string& label) const { 45 for (const auto& button : buttons) 46 if (button.get_label() == label) 47 return true; 48 49 return false; 50 } 51 52 inline void Window::add_button(const std::string& label) { 53 if (has_button(label)) 54 std::cout << "button " << label << " already exists!\n"; 55 else 56 buttons.push_back(Button(label)); 57 } 58 59 inline void Window::click_button(const std::string& label) { 60 for (auto& button : buttons) 61 if (button.get_label() == label) { 62 button.click(); 63 return; 64 } 65 66 std::cout << "no button: " << label << std::endl; 67 }
1 #include "window.hpp" 2 #include <iostream> 3 void test() { 4 Window w("Demo"); 5 w.add_button("add"); 6 w.add_button("remove"); 7 w.add_button("modify"); 8 w.add_button("add"); 9 w.display(); 10 w.close(); 11 } 12 int main() { 13 std::cout << "用组合类模拟简单GUI:\n"; 14 test(); 15 }
任务1截图:

问题:
1.window和Button是组合关系,因为Window通过add_button能够创建Button对象,存储在Window的std::vector<Button>容器中
2.优点:用户在添加按钮前可以查看这个按钮是否存在,满足了用户的潜在需求。
缺点:后来如果要修改has_button的内部实现,会导致所有依赖该公有接口的代码失效,维护成本大。
判断函数应为public还是private首先要判断该函数是否是用户直接需要的功能,若是则应该设为public,再判断这个函数是否仅为内部实现细节,如果是的话应该设为private,以便于后续修改/
3.接口1:const std::string& get_lable() const; 接口2:const std::string get_label() const相比较:
在性能方面,接口1引用成员变量,无需进行拷贝,没有拷贝开销,性能更好
在安全方面,接口2返回副本,不会影响内部的状态,而接口1如果原始对象被修改会有风险,所以接口2的安全性更高
4.运行结果一致,两者的差别在push_back(Button(xxx))先创建临时对象Button(xxx),再调用拷贝,而emplace_back(xxx)会直接调用Button(xxx) 在容器尾部构造对象,无需临时对象
任务二:
任务2代码:
1 #include <iostream> 2 #include <vector> 3 4 void test1(); 5 void test2(); 6 void output1(const std::vector<int>& v); 7 void output2(const std::vector<int>& v); 8 void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v); 9 10 int main() { 11 std::cout << "深复制验证1: 标准库vector<int>\n"; 12 test1(); 13 14 std::cout << "\n深复制验证2: 标准库vector<int>嵌套使用\n"; 15 test2(); 16 } 17 18 void test1() { 19 std::vector<int> v1(5, 42); 20 const std::vector<int> v2(v1); 21 22 std::cout << "**********拷贝构造后**********\n"; 23 std::cout << "v1: "; output1(v1); 24 std::cout << "v2: "; output1(v2); 25 26 v1.at(0) = -1; 27 28 std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n"; 29 std::cout << "v1: "; output1(v1); 30 std::cout << "v2: "; output1(v2); 31 } 32 33 void test2() { 34 std::vector<std::vector<int>> v1{ {1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7} }; 35 const std::vector<std::vector<int>> v2(v1); 36 37 std::cout << "**********拷贝构造后**********\n"; 38 std::cout << "v1: "; output3(v1); 39 std::cout << "v2: "; output3(v2); 40 41 v1.at(0).push_back(-1); 42 43 std::cout << "**********修改v1[0]后**********\n"; 44 std::cout << "v1: \n"; output3(v1); 45 std::cout << "v2: \n"; output3(v2); 46 } 47 48 // 使用xx.at()+循环输出vector<int>数据项 49 void output1(const std::vector<int>& v) { 50 if (v.size() == 0) { 51 std::cout << '\n'; 52 return; 53 } 54 55 std::cout << v.at(0); 56 for (auto i = 1; i < v.size(); ++i) 57 std::cout << ", " << v.at(i); 58 std::cout << '\n'; 59 } 60 61 // 使用迭代器+循环输出vector<int>数据项 62 void output2(const std::vector<int>& v) { 63 if (v.size() == 0) { 64 std::cout << '\n'; 65 return; 66 } 67 68 auto it = v.begin(); 69 std::cout << *it; 70 71 for (it = v.begin() + 1; it != v.end(); ++it) 72 std::cout << ", " << *it; 73 std::cout << '\n'; 74 } 75 76 // 使用auto for分行输出vector<vector<int>>数据项 77 void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v) { 78 if (v.size() == 0) { 79 std::cout << '\n'; 80 return; 81 } 82 83 for (auto& i : v) 84 output2(i); 85 }
任务2截图:

问题:
1.std::vector<int> v1(5, 42)完成了带参数的普通构造,const std::vector<int> v2(v1)完成了拷贝构造。v1和v2都构造了5个值为42的数据项
2.v1.size() = 2,v2.size() = 2,v1[0].size() = 3
3.能实现同等效果,区别是v1.at(0)会进行边界检查,安全性更高
4.能输出-1,v1.at(0)返回v1第一个内层vector的引用,通过该引用调用push_back(-1),在数组末尾中添加了元素-1,而r.size()-1就是指这个新加的元素,所以能输出-1.
内存优势:避免了拷贝开销,值接收会拷贝整个内层vector,产生额外内存开销
内存限制:通过const &绑定的对象不可修改,仅能调用
5.复制构造函数复制了所有元素的实体,实现的是深复制
当 v是vector<int> 时,v.at(0)返回值类型是int &,
当v是const vector<int>时,v.at(0)返回值类型const int&
at()必须提供const重载版本,因为const 对象只能调用 const 成员函数,返回值也需是 const 类型。
任务三:
任务3代码:
1 #pragma once 2 3 #include <iostream> 4 5 // 动态int数组对象类 6 class vectorInt { 7 public: 8 vectorInt(); 9 vectorInt(int n_); 10 vectorInt(int n_, int value); 11 vectorInt(const vectorInt& vi); 12 ~vectorInt(); 13 14 int size() const; 15 int& at(int index); 16 const int& at(int index) const; 17 vectorInt& assign(const vectorInt& vi); 18 19 int* begin(); 20 int* end(); 21 const int* begin() const; 22 const int* end() const; 23 24 private: 25 int n; // 当前数据项个数 26 int* ptr; // 数据区 27 }; 28 29 vectorInt::vectorInt() :n{ 0 }, ptr{ nullptr } { 30 } 31 32 vectorInt::vectorInt(int n_) : n{ n_ }, ptr{ new int[n] } { 33 } 34 35 vectorInt::vectorInt(int n_, int value) : n{ n_ }, ptr{ new int[n_] } { 36 for (auto i = 0; i < n; ++i) 37 ptr[i] = value; 38 } 39 40 vectorInt::vectorInt(const vectorInt& vi) : n{ vi.n }, ptr{ new int[n] } { 41 for (auto i = 0; i < n; ++i) 42 ptr[i] = vi.ptr[i]; 43 } 44 45 vectorInt::~vectorInt() { 46 delete[] ptr; 47 } 48 49 int vectorInt::size() const { 50 return n; 51 } 52 53 const int& vectorInt::at(int index) const { 54 if (index < 0 || index >= n) { 55 std::cerr << "IndexError: index out of range\n"; 56 std::exit(1); 57 } 58 59 return ptr[index]; 60 } 61 62 int& vectorInt::at(int index) { 63 if (index < 0 || index >= n) { 64 std::cerr << "IndexError: index out of range\n"; 65 std::exit(1); 66 } 67 68 return ptr[index]; 69 } 70 71 vectorInt& vectorInt::assign(const vectorInt& vi) { 72 if (this == &vi) 73 return *this; 74 75 int* ptr_tmp; 76 ptr_tmp = new int[vi.n]; 77 for (int i = 0; i < vi.n; ++i) 78 ptr_tmp[i] = vi.ptr[i]; 79 80 delete[] ptr; 81 n = vi.n; 82 ptr = ptr_tmp; 83 return *this; 84 } 85 86 int* vectorInt::begin() { 87 return ptr; 88 } 89 90 int* vectorInt::end() { 91 return ptr + n; 92 } 93 94 const int* vectorInt::begin() const { 95 return ptr; 96 } 97 98 const int* vectorInt::end() const { 99 return ptr + n; 100 }
1 #include "vectorInt.hpp" 2 #include <iostream> 3 4 void test1(); 5 void test2(); 6 void output1(const vectorInt& vi); 7 void output2(const vectorInt& vi); 8 9 int main() { 10 std::cout << "测试1: \n"; 11 test1(); 12 13 std::cout << "\n测试2: \n"; 14 test2(); 15 } 16 17 void test1() { 18 int n; 19 std::cout << "Enter n: "; 20 std::cin >> n; 21 22 vectorInt x1(n); 23 for (auto i = 0; i < n; ++i) 24 x1.at(i) = (i + 1) * 10; 25 std::cout << "x1: "; output1(x1); 26 27 vectorInt x2(n, 42); 28 vectorInt x3(x2); 29 x2.at(0) = -1; 30 std::cout << "x2: "; output1(x2); 31 std::cout << "x3: "; output1(x3); 32 } 33 34 void test2() { 35 const vectorInt x(5, 42); 36 vectorInt y; 37 38 y.assign(x); 39 40 std::cout << "x: "; output2(x); 41 std::cout << "y: "; output2(y); 42 } 43 44 // 使用xx.at()+循环输出vectorInt对象数据项 45 void output1(const vectorInt& vi) { 46 if (vi.size() == 0) { 47 std::cout << '\n'; 48 return; 49 } 50 51 std::cout << vi.at(0); 52 for (auto i = 1; i < vi.size(); ++i) 53 std::cout << ", " << vi.at(i); 54 std::cout << '\n'; 55 } 56 57 // 使用迭代器+循环输出vectorInt对象数据项 58 void output2(const vectorInt& vi) { 59 if (vi.size() == 0) { 60 std::cout << '\n'; 61 return; 62 } 63 64 auto it = vi.begin(); 65 std::cout << *it; 66 67 for (it = vi.begin() + 1; it != vi.end(); ++it) 68 std::cout << ", " << *it; 69 std::cout << '\n'; 70 }
任务3截图:

问题:
1.问题:版本2如果发生自赋值(a.assign(a)),delete[]ptr会立即释放a对象的自己的内存,使ptr变成野指针,如果new对象失败会抛出异常,assign函数会终止
2. static_cast<const vectorInt*(this)的作用是将this指针强制转化为const指针,将this指针所指向的对象变成一个const对象,然后调用const版本的at方法
转换前的返回类型:const int &
转换后的返回类型 int&
核心目的:满足非const成员函数的返回类型的要求
3.v1是一个非const对象,会调用非const版本的begin():int *begin();
v2是一个const对象,会调用const版本的begin():const int *begin() const;
egin():int *begin()适配场景:对非const对象进行遍历
const int *begin() const适配场景:对const对象进行遍历,保证对象不被改变
4.可以。
std::fill_n(ptr,n,value):从ptr指针指向的位置开始,将后n个元素的值填充为value
std::copy_n(vi.ptr,vi.n,ptr):从地址vi.ptr开始,拷贝vi.n个元素到ptr
std::copy_n(vi.ptr,vi.n,ptr_tmp):从地址vi.ptr开始,拷贝vi.n个元素到ptr
任务四:
任务4代码:
task4.cpp:
1 #include <iostream> 2 #include <cstdlib> 3 #include "matrix.hpp" 4 5 void test1(); 6 void test2(); 7 void output(const Matrix& m, int row_index); 8 9 int main() { 10 std::cout << "测试1: \n"; 11 test1(); 12 13 std::cout << "\n测试2: \n"; 14 test2(); 15 } 16 17 void test1() { 18 double x[1000] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 }; 19 20 int n, m; 21 std::cout << "Enter n and m: "; 22 std::cin >> n >> m; 23 24 Matrix m1(n, m); // 创建矩阵对象m1, 大小n×m 25 m1.set(x, n * m); // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值 26 27 Matrix m2(m, n); // 创建矩阵对象m2, 大小m×n 28 m2.set(x, m * n); // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值 29 30 Matrix m3(n); // 创建一个n×n方阵对象 31 m3.set(x, n * n); // 用一维数组x的值按行为矩阵m3赋值 32 33 std::cout << "矩阵对象m1: \n"; m1.print(); 34 std::cout << "矩阵对象m2: \n"; m2.print(); 35 std::cout << "矩阵对象m3: \n"; m3.print(); 36 } 37 38 void test2() { 39 Matrix m1(2, 3, -1); 40 const Matrix m2(m1); 41 42 std::cout << "矩阵对象m1: \n"; m1.print(); 43 std::cout << "矩阵对象m2: \n"; m2.print(); 44 45 m1.clear(); 46 m1.at(0, 0) = 1; 47 48 std::cout << "m1更新后: \n"; 49 std::cout << "矩阵对象m1第0行 "; output(m1, 0); 50 std::cout << "矩阵对象m2第0行: "; output(m2, 0); 51 } 52 53 // 输出矩阵对象row_index行所有元素 54 void output(const Matrix& m, int row_index) { 55 if (row_index < 0 || row_index >= m.rows()) { 56 std::cerr << "IndexError: row index out of range\n"; 57 exit(1); 58 } 59 60 std::cout << m.at(row_index, 0); 61 for (int j = 1; j < m.cols(); ++j) 62 std::cout << ", " << m.at(row_index, j); 63 std::cout << '\n'; 64 }
Matrix.hpp:
1 #pragma once 2 3 #include <iostream> 4 #include <algorithm> 5 #include <cstdlib> 6 7 // 类Matrix声明 8 class Matrix { 9 public: 10 Matrix(int rows_, int cols_, double value = 0); // 构造rows_*cols_矩阵对象, 初值value 11 Matrix(int rows_, double value = 0); // 构造rows_*rows_方阵对象, 初值value 12 Matrix(const Matrix& x); // 深复制 13 ~Matrix(); 14 15 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 16 void clear(); // 矩阵对象数据项置0 17 18 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) 19 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) 20 21 int rows() const; // 返回矩阵对象行数 22 int cols() const; // 返回矩阵对象列数 23 24 void print() const; // 按行打印数据 25 26 private: 27 int n_rows; // 矩阵对象内元素行数 28 int n_cols; // 矩阵对象内元素列数 29 double* ptr; // 数据区 30 };
Matrix.cpp:
1 #include"matrix.hpp" 2 #include<iostream> 3 #include<iomanip> 4 #include<algorithm> 5 //普通构造函数 6 Matrix:: Matrix(int rows_, int cols_, double value):n_rows(rows_),n_cols(cols_) 7 { 8 if (rows_ <= 0 || cols_ <= 0) //边界判断 9 { 10 std::cout<<"ERROR"; 11 std::exit(EXIT_FAILURE); 12 } 13 else 14 15 { 16 ptr = new double[rows_ * cols_]; //申请内存 17 std::fill_n(ptr, cols_ * rows_, value); //用标准库函数填充数据 18 } 19 } 20 //方阵构造函数 21 Matrix::Matrix(int rows_, double value ):n_rows(rows_),n_cols(rows_) 22 { 23 if (rows_ <= 0) 24 { 25 std::cout << "ERROR"; 26 std::exit(EXIT_FAILURE); 27 } 28 else 29 { 30 ptr = new double[rows_ * rows_]; 31 std::fill_n(ptr, rows_ * rows_, value); 32 } 33 } 34 35 //拷贝构造函数(深复制) 36 Matrix::Matrix(const Matrix& x) :n_rows(x.n_rows), n_cols(x.n_cols) 37 { 38 ptr = new double[n_rows * n_cols]; 39 std::copy(x.ptr, x.ptr + (n_rows * n_cols), ptr); 40 } 41 42 //析构函数 43 Matrix::~Matrix() 44 { 45 delete[] ptr; 46 } 47 48 49 void Matrix::set(const double* pvalue, int size) 50 { 51 if (size != n_rows * n_cols) 52 { 53 std::cout << "ERROR"; 54 std::exit(EXIT_FAILURE); 55 } 56 std::copy(pvalue, pvalue + size, ptr); 57 } 58 59 void Matrix::clear() 60 { 61 if (ptr != nullptr && n_rows > 0 && n_cols > 0) 62 { 63 std::fill_n(ptr, n_rows * n_cols, 0.0); 64 } 65 } 66 const double& Matrix::at(int i, int j)const 67 { 68 if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) 69 { 70 std::cout << "ERROR"; 71 std::exit(EXIT_FAILURE); 72 } 73 return ptr[i * n_cols + j]; 74 } 75 76 double& Matrix::at(int i, int j) 77 { 78 if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) 79 { 80 std::cout << "ERROR"; 81 std::exit(EXIT_FAILURE); 82 83 84 } 85 return ptr[i * n_cols + j]; 86 } 87 88 int Matrix::rows() const 89 { 90 return n_rows; 91 } 92 93 int Matrix::cols() const 94 { 95 return n_cols; 96 } 97 98 void Matrix::print() const { 99 for (int i = 0;i < n_rows;++i) 100 { 101 for (int j = 0;j < n_cols;++j) 102 { 103 std::cout << ptr[i * n_cols + j]<<","; 104 105 } 106 std::cout << std::endl; 107 } 108 }
任务4截图:

任务五:
任务5代码:
contact.hpp:
1 #pragma once 2 3 #include <iostream> 4 #include <string> 5 6 // 联系人类 7 class Contact { 8 public: 9 Contact(const std::string& name_, const std::string& phone_); 10 11 const std::string& get_name() const; 12 const std::string& get_phone() const; 13 void display() const; 14 15 private: 16 std::string name; // 必填项 17 std::string phone; // 必填项 18 }; 19 20 Contact::Contact(const std::string& name_, const std::string& phone_) :name{ name_ }, phone{ phone_ } { 21 } 22 23 const std::string& Contact::get_name() const { 24 return name; 25 } 26 27 const std::string& Contact::get_phone() const { 28 return phone; 29 } 30 31 void Contact::display() const { 32 std::cout << name << ", " << phone; 33 }
contactBook.hpp:
1 # pragma once 2 3 #include <iostream> 4 #include <string> 5 #include <vector> 6 #include <algorithm> 7 #include "contact.hpp" 8 9 // 通讯录类 10 class ContactBook { 11 public: 12 void add(const std::string& name, const std::string& phone); // 添加联系人 13 void remove(const std::string& name); // 移除联系人 14 void find(const std::string& name) const; // 查找联系人 15 void display() const; // 显示所有联系人 16 size_t size() const; 17 18 private: 19 int index(const std::string& name) const; // 返回联系人在contacts内索引,如不存在,返回-1 20 void sort(); // 按姓名字典序升序排序通讯录 21 22 private: 23 std::vector<Contact> contacts; 24 }; 25 26 void ContactBook::add(const std::string& name, const std::string& phone) { 27 if (index(name) == -1) { 28 contacts.push_back(Contact(name, phone)); 29 std::cout << name << " add successfully.\n"; 30 sort(); 31 return; 32 } 33 34 std::cout << name << " already exists. fail to add!\n"; 35 } 36 37 void ContactBook::remove(const std::string& name) { 38 int i = index(name); 39 40 if (i == -1) { 41 std::cout << name << " not found, fail to remove!\n"; 42 return; 43 } 44 45 contacts.erase(contacts.begin() + i); 46 std::cout << name << " remove successfully.\n"; 47 } 48 49 void ContactBook::find(const std::string& name) const { 50 int i = index(name); 51 52 if (i == -1) { 53 std::cout << name << " not found!\n"; 54 return; 55 } 56 57 contacts[i].display(); 58 std::cout << '\n'; 59 } 60 61 void ContactBook::display() const { 62 for (auto& c : contacts) { 63 c.display(); 64 std::cout << '\n'; 65 } 66 } 67 68 size_t ContactBook::size() const { 69 return contacts.size(); 70 } 71 72 // 待补足1:int index(const std::string &name) const;实现 73 // 返回联系人在contacts内索引; 如不存在,返回-1 74 int ContactBook::index(const std::string& name)const 75 { 76 for (int i = 0;i < contacts.size();i++) 77 { 78 if (contacts[i].get_name() == name) 79 return i; 80 } 81 return -1; 82 } 83 84 85 // 待补足2:void ContactBook::sort();实现 86 // 按姓名字典序升序排序通讯录 87 88 void ContactBook::sort() { 89 std::sort(contacts.begin(), contacts.end(), [](const Contact& a, const Contact& b) { 90 return a.get_name() < b.get_name(); 91 }); 92 }
task5.cpp:
1 #include "contactBook.hpp" 2 3 void test() { 4 ContactBook contactbook; 5 6 std::cout << "1. add contacts\n"; 7 contactbook.add("Bob", "18199357253"); 8 contactbook.add("Alice", "17300886371"); 9 contactbook.add("Linda", "18184538072"); 10 contactbook.add("Alice", "17300886371"); 11 12 std::cout << "\n2. display contacts\n"; 13 std::cout << "There are " << contactbook.size() << " contacts.\n"; 14 contactbook.display(); 15 16 std::cout << "\n3. find contacts\n"; 17 contactbook.find("Bob"); 18 contactbook.find("David"); 19 20 std::cout << "\n4. remove contact\n"; 21 contactbook.remove("Bob"); 22 contactbook.remove("David"); 23 } 24 25 int main() { 26 test(); 27 }
任务5截图:

体会总结:
在实验中,我体会到了cpp标准库函数的方便,加深了对std::fill_n和std::sort的使用
另外在实验四中,代码编译完成后我总是会报错,查询后得知是因为ptr指针悬浮引发的问题,我在边界检查时没有用std::exit(EXIT_FAILURE)终止程序,从而后续调用at和set出现了问题,以后写代码要重视安全性的问题

浙公网安备 33010602011771号