OOP-实验3

             一、任务1

1.源代码

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"

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();
}

2、运行结果截图

3、问题1：这个范例中，Window和Button是组合关系吗？

是组合关系，window类中有button对象，button类的存在依赖window类，window可以管理button，决定button的存在与否。

4、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：可以让外部直接查询按钮，提高效率

风险：破坏了类的封装性，可能导致接口不必要的使用

（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：如果用户需要这些函数直接完成某些操作可以设为public，

是否仅为内部实现细节：如果涉及类内部的细节，不涉及外部操作，可设为private，

是否易破坏对象状态：如果会破坏对象的状态，需要保护类的内部将其设置为public提高类的封装性。

问题3：

性能：接口1引用内部，性能较高，可以避免字符串的拷贝

安全性：接口1的字符串如果被修改，会直接影响对象内部信息，安全性较低；接口2返回副本，安全性高。

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

可以，push_back先创建了button对象，然后进行拷贝到vevtor中的操作；emplace_back是直接在vector中分配内存创建对象。

二、任务2

1、源代码

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);
 }
 

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';  
}
 

void output2(const std::vector<int> &v) 
{
	if(v.size() == 0) 
	{
		std::cout << '\n';
		return;
	}
	auto it = v.begin();
	td::cout << *it;
	for(it = v.begin()+1; it != v.end(); ++it)
		std::cout << ", " << *it;
	std::cout << '\n'; 
}
 
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v) 
{
	if(v.size() == 0) 
	{
		std::cout << '\n';
		return;
	}
	for(auto &i: v)
	output2(i);
}

2、运行结果截图

3、问题1：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？

分别完成了构造函数和拷贝构造函数，v1包含5个，v2包含5个。

4、问题2：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？

 v1.size()=2

v2.size()=2

v1[0].size()=3

5、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。at()会检查越界问题，安全性较高

6、问题4

（1）可以，前者是赋值，后者是索引输出最后一个元素

（2）避免了拷贝和内存分配，同时限制了对象的修改

7、问题5

（1）深复制

（2）当 v是vector 时，v.at(0)返回值类型是什么？   int&

当v是const vector时，v.at(0)返回值类型又是什么？  const int&

据此推断 at()是否必须提供带 const 修饰的重载版本？  必须

三、任务3

1、源代码

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';
}

2、运行结果截图

3、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）

版本2将deleta置于new前面，如果内存不足会泄露

4、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）。

（1）将对象的类型从非const转换成const；this转换前：非const指针；this转换后：const指针

（2）将对象的类型从const转换成非const；转换前：const int&；转换后：int &。

5、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。

v1调用非const版本，v2调用const版本。非const：需要修改内容，const:只读。

（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？

迭代器可是做访问对象的工具，指针也可以是迭代器。

6、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和复制操作。使用算法库改 成如下写法是否可以？回答这3行更新代码的功能。

可以。line2：将ptr中n个元素创建并赋值value；line6：拷贝v1.ptr里n个元素到ptr；line15：深复制到ptr_tep。

四、任务4

1、源代码

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
 };

matrix.cpp

#include "matrix.hpp"
  #include <cstring>
  #include <iostream>
  
 // 普通矩阵构造（行×列，初始值）
 Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value) 
      : n_rows(rows_), n_cols(cols_) {
      if (rows_ <= 0 || cols_ <= 0) {
        std::cerr << "SizeError: rows/cols must be positive\n";
        std::exit(1);
     }
    ptr = new double[rows_ * cols_];
    for (int i = 0; i < rows_ * cols_; ++i) {
         ptr[i] = value;
     }
 }

 // 方阵构造（行=列，初始值）
 Matrix::Matrix(int rows_, double value) 
     : Matrix(rows_, rows_, value) {}  // 复用普通构造
 
 // 深拷贝构造
 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);
}

 // 析构函数
 Matrix::~Matrix() {
     delete[] ptr;
 }

 // 设置数据（按行复制，检查size）
 void Matrix::set(const double *pvalue, int size) {
     if (size != n_rows * n_cols) {
         std::cerr << "SizeError: size mismatch\n";
         std::exit(1);
     }
    std::memcpy(ptr, pvalue, sizeof(double) * size);
}
 
 // 清空所有元素为0
 void Matrix::clear() {
     std::memset(ptr, 0, sizeof(double) * n_rows * n_cols);
 }

 // const版本元素访问（越界检查）
 const double& Matrix::at(int i, int j) const {
     if (i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols) {
         std::cerr << "IndexError: (" << i << "," << j << ") out of range\n";         std::exit(1);
     }
     return ptr[i * n_cols + j];
 }
 
 // 非const版本元素访问（复用const版本）
 double& Matrix::at(int i, int j) {
     return const_cast<double&>(
        static_cast<const Matrix*>(this)->at(i, j)
     );
 }
 
 // 获取行数
 int Matrix::rows() const {
     return n_rows;
 }
 
 // 获取列数
 int Matrix::cols() const {
     return n_cols;
 }
 
 // 按行打印矩阵
 void Matrix::print() const {
     for (int i = 0; i < n_rows; ++i) {
         std::cout << at(i, 0);
         for (int j = 1; j < n_cols; ++j) {
             std::cout << ", " << at(i, j);
         }
         std::cout << "\n";
    }
 }

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();
     
     return 0; 
 }
 
 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';
 }

2、运行结果截图

 

五、任务5

1、源代码

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;
 }

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();
 }

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
// 返回联系人在contacts内索引; 如不存在，返回-1
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
// 按姓名字典序升序排序通讯录
void ContactBook::sort() {
    
     std::sort(contacts.begin(), contacts.end(), 
         [](const Contact &a, const Contact &b) {
             return a.get_name() < b.get_name();  
         });
 }

2、运行结果截图