实验三.类和对象

news/2025/11/25 16:19:15/文章来源:https://www.cnblogs.com/Suki123/p/19267604

任务1.

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"// 窗口类
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";elsebuttons.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();
}

运行结果如图:

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问题1:是组合关系

问题2:(1)优点:外部可以查询按钮是否存在,增加灵活性       缺点:暴露了内部实现细节,破坏了封装性

(2)1.用户是否需要:用户直接需要的功能设为public,仅为内部服务设为private

2.对象状态安全:可能破坏对象一致性的操作应设为private

问题3:接口一:返回引用,避免拷贝,性能更好;调用者可能保存引用并意外修改原始数据

接口二:返回值拷贝,性能较差,特别是字符串较长时;完全安全,调用者获得的是副本,不会影响原始对象

接口1更好,Button的label通常不会很大,性能优势明显

问题4:修改为emplace_back后程序功能不变,但性能更优。

任务2.

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);
}// 使用xx.at()+循环输出vector<int>数据项
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';  
}// 使用迭代器+循环输出vector<int>数据项
void output2(const std::vector<int> &v) {if(v.size() == 0) {std::cout << '\n';return;}auto it = v.begin();std::cout << *it;for(it = v.begin()+1; it != v.end(); ++it)std::cout << ", " << *it;std::cout << '\n';
}// 使用auto for分行输出vector<vector<int>>数据项
void output3(const std::vector<std::vector<int>>& v) {if(v.size() == 0) {std::cout << '\n';return;}for(auto &i: v)output2(i);
}

运行结果如图:

 

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问题1:v1包含5个值为42的数据项;v2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:能

安全性:at()更安全;性能:operator[]稍快

问题4:

(1)能。v1.at(0)返回第一个内层vector的引用,r是该vector的引用,r.at(r.size()-1)访问最后一个元素,即刚push_back的-1

(2)优势:避免拷贝,节省内存,提高性能

限制:不能通过const引用修改所引用的对象

问题5:

(1)深复制

(2)当v是vector<int>时:v.at(0)返回int&,当v是const vector<int>时:v.at(0)返回const int&,at()必须提供const重载版本

任务3

vectorlnt.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';
}

 运行结果如下:

IMG_20251125_113745

问题1:1.自赋值问题:没有检查 this == &vi,如果自赋值会导致访问已释放的内存

2.内存泄漏风险:如果new抛出异常,原ptr已被删除但新ptr未赋值

问题2:(1)转换前:vectorInt*(非const指针)  

转换后:const vectorInt*(const指针)

将当前对象转换为const版本,以便调用const版本的at()方法

(2)转换前:const int&

转换后:const vectorInt*

将当前对象转换为const版本,以便调用const版本的at()方法

问题3:(1)非const版本:用于需要修改容器内容的场景  const版本:用于只读访问或const对象的场景

(2)vectorInt直接返回原始指针作为迭代器,说明迭代器本质上是提供统一访问接口的抽象

问题4:std::fill_n(ptr, n, value):从ptr开始,填充n个元素,每个元素值为value

std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr):从vi.ptr复制vi.n个元素到ptr

std::copy_n(vi.ptr, vi.n, ptr_tmp):从vi.ptr复制vi.n个元素到ptr_tmp

可以

任务4:

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valueMatrix(int rows_, double value = 0);    // 构造rows_*rows_方阵对象, 初值valueMatrix(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0const 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
};

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();
}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×mm1.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×nm2.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';
}

运行结果如图:

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任务5

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;
}

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-1void 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();});
}

 

 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();return 0;
}

运行结果如下:

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