实验3

实验1

task.cpp

 1 #include "window.hpp"
 2 #include <iostream>
 3 
 4 void test() {
 5     Window w("Demo");
 6     w.add_button("add");
 7     w.add_button("remove");
 8     w.add_button("modify");
 9     w.add_button("add");
10     w.display();
11     w.close();
12 }
13 
14 int main() {
15     std::cout << "用组合类模拟简单GUI:\n";
16     test();
17 }

window.hpp

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

button.hpp

 1 #pragma once
 2 #include <iostream>
 3 #include<string>
 4 class Button {
 5 public:
 6     Button(const std::string& label_);
 7     const std::string& get_label() const;
 8     void click();
 9 private:
10     std::string label;
11 };
12 Button::Button(const std::string& label_) :label{ label_ } {
13 
14 }
15 inline const std::string& Button::get_label()const {
16     return label;
17 }
18 inline void Button::click() {
19     std::cout << "Button'" << label << "'clicked\n";
20 }

问题1：window和button是组合关系，button以动态数组的形式组合在window类中。

问题2：优点，外部可以直接查询窗口是否包含某个按钮，使得查询变得很方便、直观，增加接口灵活性，缺点，把类的内部暴露给了外部，如果有外部调用者基于这个接口做了一些操作，只要这个接口内部发生修改，就可能影响所有基于这个接口的外部代码。

一个类中需要对用户开放的接口应被设为公有，如果一些方法和临时数据仅需要被内部调用，或涉及修改对象状态时，应该设为私有，防止用户误操作导致系统故障或被恶意入侵。

问题3：接口1（返回const std::string&）性能更优，避免了字符串拷贝，但存在潜在的生命周期风险，若原始对象被修改或销毁可能导致悬空引用；接口2（返回const std::string）通过返回值拷贝确保安全性，调用者获得独立对象，但会引入拷贝开销。选择取决于对性能与安全性的权衡：若调用周期可控且追求效率则用接口1，若需长期持有或确保安全则用接口2。

问题4：程序可以正常运行。push_back()在传入通过参数构造的对象时，需要创建一个临时对象，再优先尝试通过移动构造将其加入vector对象，如果元素类型无可用的移动构造函数，则会使用复制构造；而emplace_back()可以直接接收参数，在容器内直接调用构造函数，不需要创建临时对象，性能更高。

实验2

 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 {
12     std::cout << "deep copy test1: 标准库vector<int>\n";
13     test1();
14     std::cout << "\ndeep copy test2: 标准库vector<int>嵌套使用\n";
15     test2();
16 }
17 
18 void test1()
19 {
20     std::vector<int> v1(5, 42);
21     const std::vector<int> v2(v1);
22     std::cout << "after copy constructure:";
23     std::cout << "v1 : "; output1(v1);
24     std::cout << "v2 : "; output1(v2);
25 
26     v1.at(0) = -1;
27 
28     std::cout << "after modify v1[0]";
29     std::cout << "v1 = "; output1(v1);
30     std::cout << "v2 = "; output1(v2);
31 }
32 
33 void test2()
34 {
35     std::vector<std::vector<int>> v1{ {1,2,3},{4,5,6,7} };
36     const std::vector<std::vector<int>> v2(v1);
37     std::cout << "after copy constructure:";
38     std::cout << "v1 : "; output3(v1);
39     std::cout << "v2 : "; output3(v2);
40 
41     v1.at(0).push_back(-1);
42 
43     std::cout << "after modify v1[0]";
44     std::cout << "v1 : \n"; output3(v1);
45     std::cout << "v2 : \n"; output3(v2);
46 }
47 
48 void output1(const std::vector<int>& v)
49 {
50     if (v.size() == 0)
51     {
52         std::cout << '\n';
53         return;
54     }
55 
56     std::cout << v.at(0);
57     for (auto i = 1; i < v.size(); i++)
58         std::cout << ", " << v.at(i);
59     std::cout << '\n';
60 }
61 
62 void output2(const std::vector<int>& v)
63 {
64     if (v.size() == 0)
65     {
66         std::cout << '\n';
67         return;
68     }
69     auto it = v.begin();
70     std::cout << *it;
71 
72     for (it = v.begin() + 1; it != v.end(); it++)
73         std::cout << "," << *it;
74     std::cout << '\n';
75 }
76 
77 void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v)
78 {
79     if (v.size() == 0)
80     {
81         std::cout << '\n';
82         return;
83     }
84     for (auto& i : v)
85         output2(i);
86 }

问题1：

1，std::vector<int> v1(5, 42); 是构造函数，创建含 5 个元素，每个元素值为 42 的 vector。

2，const std::vector<int> v2(v1); 是拷贝构造函数，用 v1 初始化 v2。

3，v1、v2 初始时各包含 5 个值为 42 的数据项。

问题2：v1.size() = 2，v2.size() = 2, v1[0].size() = 3

问题3：将 v1.at(0) = -1 写成 v1[0] = -1 能实现相同的修改效果。两者核心区别在于边界检查：at() 会进行越界检查并在无效访问时抛出异常，而 operator[] 不进行检查，越界访问行为未定义。

问题4：（1）可以输出 -1。因为引用 r 绑定到了 v1 的第一个子 vector，push_back(-1) 后，通过 r 访问其最后一个元素自然就是新添加的 -1。

（2）使用 const& 接收返回值，优势在于避免了不必要的对象拷贝，节省内存和构造开销；限制在于无法通过该引用修改所引用的对象。

问题5：

（1）标准库 vector 的复制构造函数实现的是深复制。证据在于修改 v1 的内容后，v2 保持不变，说明两者数据完全独立。
（2）at() 方法必须提供 const 重载版本。因为当 v 是普通 vector<int> 时，v.at(0) 返回 int& （可修改）；当 v 是 const vector<int> 时，v.at(0) 必须返回 const int& （只读），以满足 const 对象访问的语义正确性。

实验3：

vectorInt.hpp

#pragma once

#include <iostream>
#include <algorithm>

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;     
    int* ptr;  
};

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_] }
{
   
    std::fill_n(ptr, n, value);   
}

vectorInt::vectorInt(const vectorInt& vi) : n{ vi.n }, ptr{ new int[n] }
{
  
    std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr); 
}

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)
{

    return const_cast<int&>(static_cast<const vectorInt*>(this)->at(index));


}
vectorInt& vectorInt::assign(const vectorInt& vi)
{
    if (this == &vi)
        return *this;

    int* ptr_tmp;
    ptr_tmp = new int[vi.n];
    std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr_tmp); 
    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

 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 {
11     std::cout << "测试1: \n";
12     test1();
13 
14     std::cout << "\n测试2: \n";
15     test2();
16 }
17 
18 void test1()
19 {
20     int n;
21     std::cout << "Enter n: ";
22     std::cin >> n;
23 
24     vectorInt x1(n);
25     for (auto i = 0; i < n; ++i)
26         x1.at(i) = (i + 1) * 10;
27     std::cout << "x1: ";  output1(x1);
28 
29     vectorInt x2(n, 42);
30     vectorInt x3(x2);
31     x2.at(0) = -1;
32     std::cout << "x2: ";  output1(x2);
33     std::cout << "x3: ";  output1(x3);
34 }
35 
36 void test2()
37 {
38     const vectorInt  x(5, 42);
39     vectorInt y;
40 
41     y.assign(x);
42 
43     std::cout << "x: ";  output2(x);
44     std::cout << "y: ";  output2(y);
45 }
46 
47 void output1(const vectorInt& vi)
48 {
49     if (vi.size() == 0)
50     {
51         std::cout << '\n';
52         return;
53     }
54 
55     std::cout << vi.at(0);
56     for (auto i = 1; i < vi.size(); ++i)
57         std::cout << ", " << vi.at(i);
58     std::cout << '\n';
59 }
60 
61 void output2(const vectorInt& vi) {
62     if (vi.size() == 0)
63     {
64         std::cout << '\n';
65         return;
66     }
67 
68     auto it = vi.begin();
69     std::cout << *it;
70 
71     for (it = vi.begin() + 1; it != vi.end(); ++it)
72         std::cout << ", " << *it;
73     std::cout << '\n';
74 }

问题1：当尝试用自身给自身赋值时，原代码会在最前做一次判断，可以避免原数据被释放；版本2中直接释放原数据，如果赋值给自身则会导致数据被异常释放，ptr成为野指针。
如果使用new[]分配内存失败报错时，原代码使用临时指针变量来指向分配内存，失败时不会影响到原数据；版本2中将原数有据释放后使用自身的ptr指针来指向分配的内存，如果分配失败，原有数据无法找回，ptr为野指针，安全性较低。

问题2：

（1）作用：将非 const 的 this 指针转换为 const vectorInt*。转换前类型：vectorInt*；转换后：const vectorInt*。目的：调用 const 版本的 at () 接口，复用代码。

（2）作用：移除 const 属性。转换前：const int&；转换后：int&。目的：在非 const 版本中返回可修改的引用，同时复用 const 版本的逻辑。

问题3：编译器会优先选择匹配最完全的重载函数。当const vectorInt类型或通过const指针、引用调用begin()时，选用const版本的begin()；当非const类型或通过非const指针、引用调用begin()时，选用非const版本的begin()。

问题4：可以改写。std::fill(ptr,n,value)的功能是将从ptr为起始的n个元素赋值为value；std::copy_n的功能是将从vi.ptr为起始的vi.n个元素复制到以ptr为起始的容器中。
第一处更新是将vectorInt对象中的数据批量赋值，第二处更新是将vi中的数据批量复制到新的对象中，第三处更新是将临时存储的数据批量赋值到原先的对象中。

实验4：

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 };
 31 
 32 Matrix::Matrix(int rows_, int cols_, double value) : n_rows{ rows_ }, n_cols{ cols_ }, ptr{ new double[rows_ * cols_] }
 33 {
 34     std::fill_n(ptr, n_rows * n_cols, value);
 35 }
 36 Matrix::Matrix(int rows_, double value) : n_rows{ rows_ }, n_cols{ rows_ }, ptr{ new double[rows_ * rows_] }
 37 {
 38     std::fill_n(ptr, n_rows * n_rows, value);
 39 }
 40 Matrix::Matrix(const Matrix& x) : n_rows{ x.n_rows }, n_cols{ x.n_cols }, ptr{ new double[x.n_rows * x.n_cols] }
 41 {
 42     std::copy_n(x.ptr, x.n_rows * x.n_cols, ptr);
 43 }
 44 Matrix::~Matrix()
 45 {
 46     delete[] ptr;
 47 }
 48 
 49 void Matrix::set(const double* pvalue, int size)
 50 {
 51     if (n_rows * n_cols != size)
 52     {
 53         std::cerr << "Set Size Not Fit Matrix Size";
 54         return;
 55     }
 56 
 57     for (int i = 0; i < size; i++)
 58         ptr[i] = pvalue[i];
 59 }
 60 
 61 void Matrix::clear()
 62 {
 63     for (int i = 0; i < (n_rows * n_cols); i++)
 64         ptr[i] = 0;
 65 }
 66 
 67 const double& Matrix::at(int i, int j) const
 68 {
 69     if (i < 0 || j < 0 || i >= n_rows || j >= n_cols)
 70     {
 71         std::cerr << "Const At Not Fit Matrix Size";
 72         ;
 73     }
 74     return ptr[i * n_cols + j];
 75 }
 76 
 77 double& Matrix::at(int i, int j)
 78 {
 79     return const_cast<double&>(static_cast<const Matrix*>(this)->at(i, j));
 80 }
 81 
 82 int Matrix::rows() const
 83 {
 84     return n_rows;
 85 }
 86 
 87 int Matrix::cols() const
 88 {
 89     return n_cols;
 90 }
 91 
 92 void Matrix::print() const
 93 {
 94     if (n_rows == 0 || n_cols == 0)
 95     {
 96         std::cout << '\n';
 97         return;
 98     }
 99     for (int i = 0; i < n_rows; i++)
100     {
101         int j = 0;
102         std::cout << ptr[i * n_cols];
103         for (j = 1; j < n_cols; j++)
104         {
105             std::cout << ", " << ptr[i * n_cols + j];
106         }
107         std::cout << '\n';
108     }
109 }

实验5：

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 // 已补足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 (size_t i = 0; i < contacts.size(); i++)
77     {
78         if (contacts.at(i).get_name() == name)
79             return i;
80     }
81     return -1;
82 }
83 
84 
85 // 已补足2：void ContactBook::sort();实现
86 // 按姓名字典序升序排序通讯录
87 void ContactBook::sort()
88 {
89     int n = contacts.size();
90     for (size_t i = 0; i < n - 1; i++)
91     {
92         for (int j = 0; j < n - i - 1; j++)
93         {
94             if (contacts.at(j).get_name() > contacts.at(j + 1).get_name())
95                 std::swap(contacts.at(j), contacts.at(j + 1));
96         }
97     }
98 }

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 }

posted @ 2025-11-24 17:16 zhj910 阅读(0) 评论(0) 收藏举报

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实验3

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