实验四
TASK1
GradeCalc.hpp
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#pragma once
#include <vector>
#include <array>
#include <string>
class GradeCalc {
public:
GradeCalc(const std::string &cname);
void input(int n); // 录入n个成绩
void output() const; // 输出成绩
void sort(bool ascending = false); // 排序 (默认降序)
int min() const; // 返回最低分（如成绩未录入，返回-1)
int max() const; // 返回最高分 （如成绩未录入，返回-1)
double average() const; // 返回平均分 （如成绩未录入，返回0.0)
void info(); // 输出课程成绩信息
private:
void compute(); // 成绩统计
private:
std::string course_name; // 课程名
std::vector<int> grades; // 课程成绩
std::array<int, 5> counts; // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100]
std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段人数占比
bool is_dirty; // 脏标记，记录是否成绩信息有变更
};
GradeCalc.cpp
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#include <algorithm>
#include <array>
#include <cstdlib>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <numeric>
#include <string>
#include <vector>
#include "GradeCalc.hpp"
GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname):course_name{cname},is_dirty{true} {
counts.fill(0);
rates.fill(0);
}
void GradeCalc::input(int n) {
if(n < 0) {
std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n";
std::exit(1);
}
grades.reserve(n);
int grade;
for(int i = 0; i < n;) {
std::cin >> grade;
if(grade < 0 || grade > 100) {
std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n";
continue;
}
grades.push_back(grade);
++i;
}
is_dirty = true; // 设置脏标记：成绩信息有变更
}
void GradeCalc::output() const {
for(auto grade: grades)
std::cout << grade << ' ';
std::cout << std::endl;
}
void GradeCalc::sort(bool ascending) {
if(ascending)
std::sort(grades.begin(), grades.end());
else
std::sort(grades.begin(), grades.end(), std::greater<int>());
}
int GradeCalc::min() const {
if(grades.empty())
return -1;
auto it = std::min_element(grades.begin(), grades.end());
return *it;
}
int GradeCalc::max() const {
if(grades.empty())
return -1;
auto it = std::max_element(grades.begin(), grades.end());
return *it;
}
double GradeCalc::average() const {
if(grades.empty())
return 0.0;
double avg = std::accumulate(grades.begin(), grades.end(), 0.0)/grades.size();
return avg;
}
void GradeCalc::info() {
if(is_dirty)
compute();
std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl;
std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl;
std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl;
std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl;
const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ",
"[60, 70)",
"[70, 80)",
"[80, 90)",
"[90, 100]"};
for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i)
std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t"
<< std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n";
}
void GradeCalc::compute() {
if(grades.empty())
return;
counts.fill(0);
rates.fill(0.0);
// 统计各分数段人数
for(auto grade:grades) {
if(grade < 60)
++counts[0]; // [0, 60)
else if (grade < 70)
++counts[1]; // [60, 70)
else if (grade < 80)
++counts[2]; // [70, 80)
else if (grade < 90)
++counts[3]; // [80, 90)
else
++counts[4]; // [90, 100]
}
// 统计各分数段比例
for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i)
rates[i] = counts[i] * 1.0 / grades.size();
is_dirty = false; // 更新脏标记
}
task1.cpp
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#include <iostream>
#include <string>
#include "GradeCalc.hpp"
void test() {
GradeCalc c1("OOP");
std::cout << "录入成绩:\n";
c1.input(5);
std::cout << "输出成绩:\n";
c1.output();
std::cout << "排序后成绩:\n";
c1.sort(); c1.output();
std::cout << "*************成绩统计信息*************\n";
c1.info();
}
int main() {
test();
}
问题1：
std::vector
std::array<int, 5> counts; 记录各分数段人数
std::array<double, 5> rates; 记录各分数段比例
问题2：
不合法。push_back 是 std::vector 的成员函数，GradeCalc 通过组合方式封装grades，外部无法直接访问。
问题3：
（1）compute 只会被调用一次。
is_dirty 标记用于避免重复计算，只有数据变化时才重新计算统计信息。
（2）不需要，update_grade(index, new_grade)会修改成绩，更新标记，compute调用与否与位置无关
问题4：
在 average() 或 info() 中增加中位数计算，无需新增数据成员。伪代码如下：
double median() const {
if (grades.empty()) return -1.0;
std::vector
std::sort(temp.begin(), temp.end());
if (temp.size() % 2 == 1)
return temp[temp.size() / 2];
else
return (temp[temp.size() / 2 - 1] + temp[temp.size() / 2]) / 2.0;
}
问题5：
不能去掉。若去掉，连续多次调用 compute 会导致 counts 和 rates 累加前次结果，统计错误。
问题6：
（1）功能不受影响。
（2）对性能有影响。去掉后可能导致多次内存重分配，降低效率。
TASK2
GradeCalc.hpp
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#pragma once
#include <array>
#include <string>
#include <vector>
class GradeCalc: private std::vector<int> {
public:
GradeCalc(const std::string &cname);
void input(int n); // 录入n个成绩
void output() const; // 输出成绩
void sort(bool ascending = false); // 排序 (默认降序)
int min() const; // 返回最低分
int max() const; // 返回最高分
double average() const; // 返回平均分
void info(); // 输出成绩统计信息
private:
void compute(); // 计算成绩统计信息
private:
std::string course_name; // 课程名
std::array<int, 5> counts; // 保存各分数段人数（[0, 60), [60, 70), [70, 80), [80, 90), [90, 100]
std::array<double, 5> rates; // 保存各分数段占比
bool is_dirty; // 脏标记，记录是否成绩信息有变更
};
GradeCalc.cpp
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#include <algorithm>
#include <array>
#include <cstdlib>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <numeric>
#include <string>
#include <vector>
#include "GradeCalc.hpp"
GradeCalc::GradeCalc(const std::string &cname): course_name{cname}, is_dirty{true}{
counts.fill(0);
rates.fill(0);
}
void GradeCalc::input(int n) {
if(n < 0) {
std::cerr << "无效输入! 人数不能为负数\n";
return;
}
this->reserve(n);
int grade;
for(int i = 0; i < n;) {
std::cin >> grade;
if(grade < 0 || grade > 100) {
std::cerr << "无效输入! 分数须在[0,100]\n";
continue;
}
this->push_back(grade);
++i;
}
is_dirty = true;
}
void GradeCalc::output() const {
for(auto grade: *this)
std::cout << grade << ' ';
std::cout << std::endl;
}
void GradeCalc::sort(bool ascending) {
if(ascending)
std::sort(this->begin(), this->end());
else
std::sort(this->begin(), this->end(), std::greater<int>());
}
int GradeCalc::min() const {
if(this->empty())
return -1;
return *std::min_element(this->begin(), this->end());
}
int GradeCalc::max() const {
if(this->empty())
return -1;
return *std::max_element(this->begin(), this->end());
}
double GradeCalc::average() const {
if(this->empty())
return 0.0;
double avg = std::accumulate(this->begin(), this->end(), 0.0) / this->size();
return avg;
}
void GradeCalc::info() {
if(is_dirty)
compute();
std::cout << "课程名称:\t" << course_name << std::endl;
std::cout << "平均分:\t" << std::fixed << std::setprecision(2) << average() << std::endl;
std::cout << "最高分:\t" << max() << std::endl;
std::cout << "最低分:\t" << min() << std::endl;
const std::array<std::string, 5> grade_range{"[0, 60) ",
"[60, 70)",
"[70, 80)",
"[80, 90)",
"[90, 100]"};
for(int i = static_cast<int>(grade_range.size())-1; i >= 0; --i)
std::cout << grade_range[i] << "\t: " << counts[i] << "人\t"
<< std::fixed << std::setprecision(2) << rates[i]*100 << "%\n";
}
void GradeCalc::compute() {
if(this->empty())
return;
counts.fill(0);
rates.fill(0);
// 统计各分数段人数
for(int grade: *this) {
if(grade < 60)
++counts[0]; // [0, 60)
else if (grade < 70)
++counts[1]; // [60, 70)
else if (grade < 80)
++counts[2]; // [70, 80)
else if (grade < 90)
++counts[3]; // [80, 90)
else
++counts[4]; // [90, 100]
}
// 统计各分数段比例
for(size_t i = 0; i < rates.size(); ++i)
rates[i] = counts[i] * 1.0 / this->size();
is_dirty = false;
}
task2.cpp
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#include <iostream>
#include <string>
#include "GradeCalc.hpp"
void test() {
GradeCalc c1("OOP");
std::cout << "录入成绩:\n";
c1.input(5);
std::cout << "输出成绩:\n";
c1.output();
std::cout << "排序后成绩:\n";
c1.sort(); c1.output();
std::cout << "*************成绩统计信息*************\n";
c1.info();
}
int main() {
test();
}
问题1：
class GradeCalc : private std::vector
问题2：
不会自动成为
编译不会通过，不合法，因为继承方式是私有继承，push_back成为GradeCalc的私有接口
问题3：
组合方式：通过GradeCalc提供的公共接口操作数据。
继承方式：通过 *this 访问，直接使用基类接口。
问题4：
组合更适合。成绩计算器是“有”一个成绩集合，而非“是”一个集合。组合更灵活、封装性更好，避免暴露不必要的接口。
TASK3
Graph.hpp
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#pragma once
#include <string>
#include <vector>
enum class GraphType {circle, triangle, rectangle};
// Graph类定义
class Graph {
public:
virtual void draw() {}
virtual ~Graph() = default;
};
// Circle类声明
class Circle : public Graph {
public:
void draw();
};
// Triangle类声明
class Triangle : public Graph {
public:
void draw();
};
// Rectangle类声明
class Rectangle : public Graph {
public:
void draw();
};
// Canvas类声明
class Canvas {
public:
void add(const std::string& type); // 根据字符串添加图形
void paint() const; // 使用统一接口绘制所有图形
~Canvas(); // 手动释放资源
private:
std::vector<Graph*> graphs;
};
// 4. 工具函数
GraphType str_to_GraphType(const std::string& s); // 字符串转枚举类型
Graph* make_graph(const std::string& type); // 创建图形，返回堆对象指针
Graph.cpp
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#include <algorithm>
#include <cctype>
#include <iostream>
#include <string>
#include "Graph.hpp"
// Circle类实现
void Circle::draw() { std::cout << "draw a circle...\n"; }
// Triangle类实现
void Triangle::draw() { std::cout << "draw a triangle...\n"; }
// Rectangle类实现
void Rectangle::draw() { std::cout << "draw a rectangle...\n"; }
// Canvas类实现
void Canvas::add(const std::string& type) {
Graph* g = make_graph(type);
if (g)
graphs.push_back(g);
}
void Canvas::paint() const {
for (Graph* g : graphs)
g->draw();
}
Canvas::~Canvas() {
for (Graph* g : graphs)
delete g;
}
// 工具函数实现
// 字符串 → 枚举转换
GraphType str_to_GraphType(const std::string& s) {
std::string t = s;
std::transform(s.begin(), s.end(), t.begin(),
[](unsigned char c) { return std::tolower(c);});
if (t == "circle")
return GraphType::circle;
if (t == "triangle")
return GraphType::triangle;
if (t == "rectangle")
return GraphType::rectangle;
return GraphType::circle; // 缺省返回
}
// 创建图形，返回堆对象指针
Graph* make_graph(const std::string& type) {
switch (str_to_GraphType(type)) {
case GraphType::circle: return new Circle;
case GraphType::triangle: return new Triangle;
case GraphType::rectangle: return new Rectangle;
default: return nullptr;
}
}
task3.cpp
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#include <string>
#include "Graph.hpp"
void test() {
Canvas canvas;
canvas.add("circle");
canvas.add("triangle");
canvas.add("rectangle");
canvas.paint();
}
int main() {
test();
}
问题1：
（1）组合关系：
std::vector<std::unique_ptr
用于存储和管理多个Graph对象
（2）继承关系：
class Circle : public Graph;
class Triangle : public Graph;
class Rectangle : public Graph;
问题2：
（1）如果Graph::draw()不声明为虚函数，Canvas::paint()中的g->draw()将只会调用Graph::draw()，运行结果就为空
（2）如果改为std::vector
（3）如果~Graph()不声明为虚函数，那么通过基类指针删除派生类对象时，只会调用基类的析构函数，派生类的析构函数不会被调用，无法正确释放资源，可能导致派生类特有的资源泄漏
问题3：
若要新增星形Star，需要修改：在Graph.hpp中，enum class GraphType添加Star，添加类class Star : public Graph和公有接口draw声明；在Graph.cpp中，实现Star类接口draw定义。
问题4：
（1）make_graph返回的对象在Canvas析构函数中被释放：
（2）利：使用原始指针更简单直接，可以明确管理内存生命周期，对指针的控制更为精确。
弊：使用原始指针时，容易忘记释放内存，导致内存泄漏，可能出现重复释放同一块内存
TASK4
toy.cpp
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#include "Toy.hpp"
// Toy基类实现
Toy::Toy(const std::string& name, double price, const std::string& type)
: name_(name), price_(price), type_(type) {}
void Toy::showInfo() const {
std::cout << "【" << type_ << "】" << name_ << " | 价格: ￥" << price_ << std::endl;
}
// TalkingBear类实现
TalkingBear::TalkingBear(const std::string& name, double price, const std::string& phrase)
: Toy(name, price, "会说话的熊"), phrase_(phrase) {}
void TalkingBear::specialFunction() const {
std::cout << "?? " << name_ << "说: " << phrase_ << std::endl;
}
// SingingRabbit类实现
SingingRabbit::SingingRabbit(const std::string& name, double price, const std::string& song)
: Toy(name, price, "会唱歌的兔子"), song_(song) {}
void SingingRabbit::specialFunction() const {
std::cout << "?? " << name_ << "唱: " << song_ << std::endl;
}
// GlowingDog类实现
GlowingDog::GlowingDog(const std::string& name, double price, const std::string& color)
: Toy(name, price, "会发光的小狗"), color_(color) {}
void GlowingDog::specialFunction() const {
std::cout << "?? " << name_ << "发出" << color_ << "光" << std::endl;
}
// ToyFactory类实现
void ToyFactory::addToy(std::unique_ptr<Toy> toy) {
toys_.push_back(std::move(toy));
}
void ToyFactory::showAllToys() const {
std::cout << "=== 玩具清单 ===" << std::endl;
for (size_t i = 0; i < toys_.size(); ++i) {
std::cout << i + 1 << ". ";
toys_[i]->showInfo();
}
}
void ToyFactory::showAllSpecialFunctions() const {
std::cout << "=== 玩具功能演示 ===" << std::endl;
for (const auto& toy : toys_) {
toy->specialFunction();
}
}
toy.hpp
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#pragma once
#include <string>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>
// 玩具基类
class Toy {
public:
Toy(const std::string& name, double price, const std::string& type);
virtual ~Toy() = default;
virtual void showInfo() const;
virtual void specialFunction() const = 0;
protected:
std::string name_;
double price_;
std::string type_;
};
// 会说话的熊玩具
class TalkingBear : public Toy {
public:
TalkingBear(const std::string& name, double price, const std::string& phrase);
void specialFunction() const override;
private:
std::string phrase_;
};
// 会唱歌的兔子玩具
class SingingRabbit : public Toy {
public:
SingingRabbit(const std::string& name, double price, const std::string& song);
void specialFunction() const override;
private:
std::string song_;
};
// 会发光的小狗玩具
class GlowingDog : public Toy {
public:
GlowingDog(const std::string& name, double price, const std::string& color);
void specialFunction() const override;
private:
std::string color_;
};
// 玩具工厂类
class ToyFactory {
public:
void addToy(std::unique_ptr<Toy> toy);
void showAllToys() const;
void showAllSpecialFunctions() const;
private:
std::vector<std::unique_ptr<Toy>> toys_;
};
demo4.cpp
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#include <iostream>
#include <memory>
#include "Toy.hpp"
int main() {
std::cout << "=== 玩具工厂演示 ===" << std::endl;
ToyFactory factory;
// 创建玩具 - 使用最简方式
factory.addToy(std::unique_ptr<Toy>(new TalkingBear("小熊", 99.9, "你好")));
factory.addToy(std::unique_ptr<Toy>(new SingingRabbit("小兔", 89.9, "小星星")));
factory.addToy(std::unique_ptr<Toy>(new GlowingDog("小狗", 79.9, "红色")));
factory.addToy(std::unique_ptr<Toy>(new TalkingBear("大熊", 120.0, "我是大熊")));
// 显示所有玩具
factory.showAllToys();
std::cout << std::endl;
// 演示所有功能
factory.showAllSpecialFunctions();
return 0;
}
浙公网安备 33010602011771号