实验五

实验任务1

源代码：

publisher.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include "publisher.hpp"
// Publisher类：实现
Publisher::Publisher(const std::string &name_): name {name_} {
}
// Book类: 实现
Book::Book(const std::string &name_ , const std::string &author_ ): Publisher{name_}, author{author_} {
}
void Book::publish() const {
    std::cout << "Publishing book《" << name << "》 by " << author << '\n';
}
void Book::use() const {
    std::cout << "Reading book 《" << name << "》 by " << author << '\n';
}
// Film类：实现
Film::Film(const std::string &name_, const std::string &director_):Publisher{name_},director{director_} {
}
void Film::publish() const {
    std::cout << "Publishing film <" << name << "> directed by " << director << '\n';
}
void Film::use() const {
    std::cout << "Watching film <" << name << "> directed by " << director << '\n';
}
// Music类：实现
Music::Music(const std::string &name_, const std::string &artist_): Publisher{name_}, artist{artist_} {
}
void Music::publish() const {
    std::cout << "Publishing music <" << name << "> by " << artist << '\n';
}
void Music::use() const {
    std::cout << "Listening to music <" << name << "> by " << artist << '\n';
}

publisher.hpp

#pragma once
#include <string>
// 发行/出版物类：Publisher （抽象类）
class Publisher {
public:
    Publisher(const std::string &name_ = "");            // 构造函数
    virtual ~Publisher() = default;
public:
    virtual void publish() const = 0;                 // 纯虚函数，作为接口继承
    virtual void use() const = 0;                     // 纯虚函数，作为接口继承
protected:
    std::string name;    // 发行/出版物名称
};
// 图书类: Book
class Book: public Publisher {
public:
    Book(const std::string &name_ = "", const std::string &author_ = "");  // 构造函数
public:
    void publish() const override;        // 接口
    void use() const override;            // 接口
private:
    std::string author;          // 作者
};
// 电影类: Film
class Film: public Publisher {
public:
    Film(const std::string &name_ = "", const std::string &director_ = "");   // 构造函数
public:
    void publish() const override;    // 接口
    void use() const override;        // 接口            
private:
    std::string director;        // 导演
};
// 音乐类：Music
class Music: public Publisher {
public:
    Music(const std::string &name_ = "", const std::string &artist_ = "");
public:
    void publish() const override;        // 接口
    void use() const override;            // 接口
private:
    std::string artist;      // 音乐艺术家名称
};

task1.cpp

#include <memory>
#include <iostream>
#include <vector>
#include "publisher.hpp"
void test1() {
   std::vector<Publisher *> v;
   v.push_back(new Book("Harry Potter", "J.K. Rowling"));
   v.push_back(new Film("The Godfather", "Francis Ford Coppola"));
   v.push_back(new Music("Blowing in the wind", "Bob Dylan"));
   for(Publisher *ptr: v) {
        ptr->publish();
        ptr->use();
        std::cout << '\n';
        delete ptr;
   }
}
void test2() {
    std::vector<std::unique_ptr<Publisher>> v;
    v.push_back(std::make_unique<Book>("Harry Potter", "J.K. Rowling"));
    v.push_back(std::make_unique<Film>("The Godfather", "Francis Ford Coppola"));
    v.push_back(std::make_unique<Music>("Blowing in the wind", "Bob Dylan"));
    for(const auto &ptr: v) {
        ptr->publish();
        ptr->use();
        std::cout << '\n';
    }
}
void test3() {
    Book book("A Philosophy of Software Design", "John Ousterhout");
    book.publish();
    book.use();
}
int main() {
    std::cout << "运行时多态：纯虚函数、抽象类\n";
    std::cout << "\n测试1: 使用原始指针\n";
    test1();
    std::cout << "\n测试2: 使用智能指针\n";
    test2();
    std::cout << "\n测试3: 直接使用类\n";
    test3();
}

运行截图：

 问题1：抽象类机制

（1）是什么决定了 Publisher 是抽象类？用一句话说明，并指出代码中的具体依据。
Publisher类中含有纯虚函数

virtual void publish() const = 0; // 纯虚函数，作为接口继承

virtual void use() const = 0; // 纯虚函数，作为接口继承

（2）如果在 main.cpp 里直接写 Publisher p; 能否编译通过？为什么？

 

不能。Publisher是纯虚函数，不能实例化。

问题2：纯虚函数与接口继承
（1） Book 、 Film 、 Music 必须实现哪两个函数才能通过编译？请写出其完整函数声明。
（2） 在 publisher.cpp 的 Film 类实现中，把两个成员函数实现里的 const 去掉（保持函数体不变），重新
编译，报错信息是什么？

（1）实现基类中的纯虚函数

virtual void publish() const = 0; // 纯虚函数，作为接口继承

virtual void use() const = 0; // 纯虚函数，作为接口继承

（2）如下图所示：

问题3：运行时多态与虚析构
（1）在 test1() 里， for (Publisher *ptr : v) 中 ptr 的声明类型是什么？
（2）当循环执行到 ptr->publish(); 时， ptr 实际指向的对象类型分别有哪些？（按循环顺序写出）
（3）基类 Publisher 的析构函数为何声明为 virtual ？若删除 virtual ，执行 delete ptr; 会出现什么
问题？

（1）Publisher*

 

（2）Book、Film、Music。

 

（3）在派生类的析构函数起作用时，确保能够正确调用相应的析构函数，如果派生类的成员无法被正确释放，将会导致内存泄漏。

 

实验任务2

源代码

book.hpp

#pragma once
#include <string>
// 图书描述信息类Book: 声明
class Book {
public:
    Book(const std::string &name_,
         const std::string &author_,
         const std::string &translator_,
         const std::string &isbn_,
         double price_);
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream &out, const Book &book);
private:
    std::string name;       // 书名
    std::string author;     // 作者
    std::string translator; // 译者
    std::string isbn;       // isbn号
    double price;           // 定价
};

book.cpp

#include <<iomanip>
#include <iostream>
#include <string>
#include "book.hpp"
// 图书描述信息类Book: 实现
Book::Book(const std::string &name_,
           const std::string &author_,
           const std::string &translator_,
           const std::string &isbn_,
           double price_) : name{name_}, author{author_}, translator{translator_},
                           isbn{isbn_}, price{price_} {
}
// 运算符<<重载实现
std::ostream& operator<<(std::ostream &out, const Book &book) {
    using std::left;
    using std::setw;
    out << left;
    out << setw(15) << "书名:" << book.name << '\n'
        << setw(15) << "作者:" << book.author << '\n'
        << setw(15) << "译者:" << book.translator << '\n'
        << setw(15) << "ISBN:" << book.isbn << '\n'
        << setw(15) << "定价:" << book.price;
    return out;
}

booksale.hpp

#pragma once
#include <string>
#include "book.hpp"
// 图书销售记录类BookSale:声明
class BookSale {
public:
    BookSale(const Book &rb_, double sales_price_, int sales_amount_);
    int get_amount() const;         // 返回销售数量
    double get_revenue() const;     // 返回营收
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream &out, const BookSale &item);
private:
    Book rb;              // 图书信息
    double sales_price;   // 售价
    int sales_amount;     // 销售数量
};

booksale.cpp

#include <<iomanip>
#include <iostream>
#include <string>
#include "booksale.hpp"
// 图书销售记录类BookSale:实现
BookSale::BookSale(const Book &rb_,
                   double sales_price_,
                   int sales_amount_) : rb{rb_}, sales_price{sales_price_},
                                       sales_amount{sales_amount_} {
}
int BookSale::get_amount() const {
    return sales_amount;
}
double BookSale::get_revenue() const {
    return sales_amount * sales_price;
}
// 运算符<<重载实现
std::ostream& operator<<(std::ostream &out, const BookSale &item) {
    using std::left;
    using std::setw;
    out << left;
    out << item.rb << '\n'
        << setw(15) << "售价:" << item.sales_price << '\n'
        << setw(15) << "销售数量:" << item.sales_amount << '\n'
        << setw(15) << "营收:" << item.get_revenue();
    return out;
}

task2.cpp

#include "booksale.hpp"
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
// 按图书销售数额比较（降序）
bool compare_by_amount(const BookSale &x1, const BookSale &x2) {
    return x1.get_amount() > x2.get_amount();
}
void test() {
    using namespace std;
    vector<BookSale> sales_lst; // 存放图书销售记录
    int books_number;
    cout << "录入图书数量: ";
    cin >> books_number;
    cout << "录入图书销售记录" << endl;
    for (int i = 0; i < books_number; ++i) {
        string name, author, translator, isbn;
        float price;
        cout << string(20, '-') << "第" << i + 1 << "本图书信息录入" << string(20, '-') << endl;
        cout << "录入书名: ";
        cin >> name;
        cout << "录入作者: ";
        cin >> author;
        cout << "录入译者: ";
        cin >> translator;
        cout << "录入isbn: ";
        cin >> isbn;
        cout << "录入定价: ";
        cin >> price;
        Book book(name, author, translator, isbn, price);
        float sales_price;
        int sales_amount;
        cout << "录入售价: ";
        cin >> sales_price;
        cout << "录入销售数量: ";
        cin >> sales_amount;
        BookSale record(book, sales_price, sales_amount);
        sales_lst.push_back(record);
    }
    // 按销售册数降序排序
    sort(sales_lst.begin(), sales_lst.end(), compare_by_amount);
    // 按销售册数降序输出图书销售信息
    cout << string(20, '=') << "图书销售统计" << string(20, '=') << endl;
    for (auto &t : sales_lst) {
        cout << t << endl;
        cout << string(40, '-') << endl;
    }
}
int main() {
    test();
}

运行截图：

 问题1：

（1）找出运算符 << 被重载了几处？分别用于什么类型？

 被重载了 2 处，分别用于Book类和BookSale类。

（2）找出使用重载 << 输出对象的代码，写在下面。

cout << item.rb << '\n'和cout << t << endl。

问题2：图书销售统计
（1）图书销售记录"按销售数量降序排序"，代码是如何实现的？

通过sort(sales_lst.begin(), sales_lst.end(), compare_by_amount);语句从sales_lst.begin()到sales_lst.end()，依次调用compare_by_amount()函数

实验任务4

源代码

pet.hpp

#pragma once
#include <string>
// 机器宠物抽象类（MachinePet）
class MachinePet {
public:
    // 构造函数：用字符串初始化昵称
    MachinePet(const std::string& nickname_) : nickname(nickname_) {}  
    // 虚析构函数：确保派生类对象正确析构
    virtual ~MachinePet() = default;  
    // 接口：获取昵称
    std::string get_nickname() const {
        return nickname;
    } 
    // 纯虚函数：叫声接口（运行时多态，派生类实现）
    virtual std::string talk() const = 0;
protected:
    std::string nickname; // 机器宠物昵称
};
// 电子宠物猫类（PetCat）：公有继承自MachinePet
class PetCat : public MachinePet {
public:
    // 构造函数：初始化昵称（通过初始化列表传递给基类）
    PetCat(const std::string& nickname_) : MachinePet(nickname_) {}   
    // 实现talk()：返回猫叫声
    std::string talk() const override {
        return "miao wu~";
    }
};
// 电子宠物狗类（PetDog）：公有继承自MachinePet
class PetDog : public MachinePet {
public:
    // 构造函数：初始化昵称（通过初始化列表传递给基类）
    PetDog(const std::string& nickname_) : MachinePet(nickname_) {} 
    // 实现talk()：返回狗叫声
    std::string talk() const override {
        return "wang wang~";
    }
};

task4.cpp

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>
#include "pet.hpp"
void test1() {
    std::vector<MachinePet *> pets;
    pets.push_back(new PetCat("miku"));
    pets.push_back(new PetDog("da huang"));
    for (MachinePet *ptr : pets) {
        std::cout << ptr->get_nickname() << " says " << ptr->talk() << '\n';
        delete ptr; // 须手动释放资源
    }
}
void test2() {
    std::vector<std::unique_ptr<MachinePet>> pets;
    pets.push_back(std::make_unique<PetCat>("miku"));
    pets.push_back(std::make_unique<PetDog>("da huang"));
    for (auto const &ptr : pets)
        std::cout << ptr->get_nickname() << " says " << ptr->talk() << '\n';
}
void test3() {
    // MachinePet pet("little cutie"); // 编译报错:无法定义抽象类对象
    const PetCat cat("miku");
    std::cout << cat.get_nickname() << " says " << cat.talk() << '\n';
    const PetDog dog("da huang");
    std::cout << dog.get_nickname() << " says " << dog.talk() << '\n';
}
int main() {
    std::cout << "测试1: 使用原始指针\n";
    test1();
    std::cout << "\n测试2: 使用智能指针\n";
    test2();
    std::cout << "\n测试3: 直接使用类\n";
    test3();
}

运行截图:

 

实验任务5

Complex.hpp

#pragma once
#include <iostream>

// 复数类模板Complex
template<typename T>
class Complex {
public:
    // 1. 构造函数（支持默认构造、带参构造、拷贝构造）
    Complex() : real(0), imag(0) {}  // 默认构造：实部虚部均为0
    Complex(T r, T i) : real(r), imag(i) {}  // 带参构造：初始化实部和虚部
    Complex(const Complex<T>& other) : real(other.real), imag(other.imag) {}  // 拷贝构造
    // 2. 接口：获取实部和虚部
    T get_real() const { return real; }
    T get_imag() const { return imag; }
    // 3. 运算符重载：+=（成员函数，支持复数相加）
    Complex<T>& operator+=(const Complex<T>& rhs) {
        this->real += rhs.real;
        this->imag += rhs.imag;
        return *this;
    }
    // 4. 运算符重载：==（成员函数，判断复数相等）
    bool operator==(const Complex<T>& rhs) const {
        return (this->real == rhs.real) && (this->imag == rhs.imag);
    }
    // 5. 友元函数：重载<<（输出复数，格式：实部±虚部i）
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Complex<T>& c) {
        out << c.real;
        if (c.imag >= 0) {
            out << "+" << c.imag << "i";
        } else {
            out << c.imag << "i";  // 虚部为负时，直接输出负号
        }
        return out;
    }
    // 6. 友元函数：重载>>（输入复数，支持两种输入格式：a b 或 a±bi）
    friend std::istream& operator>>(std::istream& in, Complex<T>& c) {
        in >> c.real >> c.imag;
        return in;
    }
private:
    T real;  // 复数实部
    T imag;  // 复数虚部
};
// 7. 运算符重载：+（非成员函数，支持复数+复数）
template<typename T>
Complex<T> operator+(const Complex<T>& lhs, const Complex<T>& rhs) {
    return Complex<T>(lhs.get_real() + rhs.get_real(), lhs.get_imag() + rhs.get_imag());
}

task5.cpp

#include <iostream>
#include "Complex.hpp"
void test1() {
    using std::cout;
    using std::boolalpha;
    Complex<int> c1(2, -5), c2(c1);
    cout << "c1 = " << c1 << '\n';
    cout << "c2 = " << c2 << '\n';
    cout << "c1 + c2 = " << c1 + c2 << '\n';
    c1 += c2;
    cout << "c1 = " << c1 << '\n';
    cout << boolalpha << (c1 == c2) << '\n';
}
void test2() {
    using std::cin;
    using std::cout;
    Complex<double> c1, c2;
    cout << "Enter c1 and c2: ";
    cin >> c1 >> c2;
    cout << "c1 = " << c1 << '\n';
    cout << "c2 = " << c2 << '\n';
    const Complex<double> c3(c1);
    cout << "c3.real = " << c3.get_real() << '\n';
    cout << "c3.imag = " << c3.get_imag() << '\n';
}
int main() {
    std::cout << "自定义类模板Complex测试1: \n";
    test1();
    std::cout << "\n自定义类模板Complex测试2: \n";
    test2();
}

运行截图：

 

 

实验任务1：

源代码：

点击查看publisher.cpp

#include <iostream>
#include <string>
#include "publisher.hpp"
// Publisher类：实现
Publisher::Publisher(const std::string &name_): name {name_} {
}
// Book类: 实现
Book::Book(const std::string &name_ , const std::string &author_ ): Publisher{name_}, author{author_} {
}
void Book::publish() const {
    std::cout << "Publishing book《" << name << "》 by " << author << '\n';
}
void Book::use() const {
    std::cout << "Reading book 《" << name << "》 by " << author << '\n';
}
// Film类：实现
Film::Film(const std::string &name_, const std::string &director_):Publisher{name_},director{director_} {
}
void Film::publish() const {
    std::cout << "Publishing film <" << name << "> directed by " << director << '\n';
}
void Film::use() const {
    std::cout << "Watching film <" << name << "> directed by " << director << '\n';
}
// Music类：实现
Music::Music(const std::string &name_, const std::string &artist_): Publisher{name_}, artist{artist_} {
}
void Music::publish() const {
    std::cout << "Publishing music <" << name << "> by " << artist << '\n';
}
void Music::use() const {
    std::cout << "Listening to music <" << name << "> by " << artist << '\n';
}

点击查看publisher.hpp

点击查看task1.cpp

运行截图：

问题1：
（1）纯虚函数，virtual void publish() const = 0。
（2）不能，因为Publisher是抽象类。
问题2：
（1）纯虚函数，void publish() const override和void use() const override。
（2）如图：

问题3
（1）基类指针。
（2）Book、Film、Music。
（3）为了实现 “析构多态”避免内存泄漏，派生类的成员无法被正确释放，导致内存泄漏。

实验任务2

源代码

点击查看book.hpp

点击查看book.cpp

点击查看booksale.hpp

点击查看booksale.cpp

点击查看task2.cpp

运行截图

问题1
（1） 被重载了 2 处，分别用于Book类和BookSale类。
（2）cout << item.rb << '\n'和cout << t << endl。
问题2
（1）先定义比较函数compare_by_amount，返回x1.get_amount() > x2.get_amount()，实现销售数量降序逻辑。调用标准库sort函数，传入容器首尾迭代器sales_lst.begin()和sales_lst.end()，并指定比较函数compare_by_amount，完成排序。

实验任务3

略

实验任务4

补全代码

点击查看pet.hpp

点击查看task4.cpp

运行截图:

实验任务5

完整代码

点击查看Complex.hpp点击查看task5.cpp

运行截图：

 

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• --aqwery
• 2. Re:实验3

• 实验内容整体可以，任务4构造函数没有检查rows_和cols_是否为正值。

• --aqwery
• 3. Re:实验2
• 任务2代码不全，任务3代码不全。 任务4代码output函数总是输出up/down形式，当分母为1时应该只输出分子（如5/1应该输出5）。 任务二问题2-1题目可能容易让人误解，这是我的理解，可供参考...
• --aqwery
• 4. Re:实验1

• 注意代码格式，建议全部都用代码块形式，回答问题完整。
  任务6正确输出第一行应为"a b c......"，具体参照实验一文档。

• --aqwery

 

 

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