c++ 3

news/2025/11/25 17:30:57/文章来源:https://www.cnblogs.com/Zhades/p/19268979

##task 1

#代码

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <iostream>
 4 #include <string>
 5 
 6 class Button {
 7 public:
 8     Button(const std::string &label_);
 9     const std::string& get_label() const;
10     void click();
11 
12 private:
13     std::string label;
14 };
15 
16 Button::Button(const std::string &label_): label{label_} {
17 }
18 
19 inline const std::string& Button::get_label() const {
20     return label;
21 }
22 
23 inline void Button::click() {
24     std::cout << "Button '" << label << "' clicked\n";
25 }

 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 }

 1 #pragma once
 2 
 3 #include <iostream>
 4 #include <vector>
 5 #include <algorithm>
 6 #include "button.hpp"
 7 
 8 // 窗口类
 9 class Window{
10 public:
11     Window(const std::string &title_);
12     void display() const;
13     void close();
14     void add_button(const std::string &label);
15     void click_button(const std::string &label);
16 
17 private:
18     bool has_button(const std::string &label) const;
19 
20 private:
21     std::string title;
22     std::vector<Button> buttons;
23 };
24 
25 Window::Window(const std::string &title_): title{title_} {
26     buttons.push_back(Button("close"));
27 }
28 
29 inline void Window::display() const {
30     std::string s(40, '*');
31     std::cout << s << std::endl;
32     std::cout << "window : " << title << std::endl;
33     int cnt = 0;
34     for(const auto &button: buttons)
35         std::cout << ++cnt << ". " << button.get_label() << std::endl;
36     std::cout << s << std::endl;
37 }
38 
39 inline void Window::close() {
40     std::cout << "close window '" << title << "'" << std::endl;
41     click_button("close");
42 }
43 
44 inline bool Window::has_button(const std::string &label) const {
45     for(const auto &button: buttons)
46         if(button.get_label() == label)
47             return true;
48     
49     return false;
50 }
51 
52 inline void Window::add_button(const std::string &label) {
53     if(has_button(label))
54         std::cout << "button " << label << " already exists!\n";
55     else
56         buttons.push_back(Button(label));
57 }
58 
59 inline void Window::click_button(const std::string &label) {
60     for(auto &button:buttons)
61         if(button.get_label() == label) {
62             button.click();
63             return;
64         }
65             
66     std::cout << "no button: " << label << std::endl;
67 }

#测试结果

#问题回答

1.window和button是组合关系：window拥有button的所有权 button的生命周期与window一致

2.（1）改为公有接口的优点：增加了灵活性，外部代码可以检查按钮是否存在风险：破坏了封装性，存在误用风险

（2）应设计为public的情况：a用户需要直接调用：提供核心功能接口 b属于类的契约：如getter/setter方法 c稳定的接口：不会频繁变化的操作

应设计为private的情况：a内部实现细节：如has_button仅用于内部按钮管理 b易破坏对象状态：可能破坏对象一致性的操作 c辅助功能：仅为其他公有方法服务的工具函数 d实现细节可能变化：避免外部依赖内部实现

3.接口1：性能优势：零拷贝：返回引用，避免字符串复制高效：适合频繁调用场景

安全性考虑：生命周期依赖：调用者需确保Button对象存活修改风险：虽然返回const引用，但需注意线程安全

接口2：性能劣势：拷贝开销：每次调用都复制整个字符串内存分配：可能涉及动态内存分配

安全性优势：生命周期独立：返回副本，与原始对象解耦线程安全：副本操作不影响原始对象

4.正常运行 push_back的工作流程： a构造临时Button对象：Button(label)

　　　　　　　　　　　　　　　　　b拷贝或移动临时对象到vector中

　　　　　　　　　　　　　　　　　c销毁临时对象

emplace_back的工作流程：a直接在vector内存中构造Button对象

　　　　　　　　　　　　 b无临时对象创建和销毁

##task2

#代码

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

#运行结果

#问题回答

1.含参数的构造复制构造 5个

2. 2 2 3

3.可以区别：边界检查 at()会进行边界检查，如果索引越界会出现异常性能 operator[]通常比at()更快 at()更安全

4.可以调用size()来方法返回对象长度的int值，可以输出-1

优势：避免不必要的拷贝构造，节省内存限制：不能通过const引用修改所引用的对象，只能进行只读操作

5.深复制 int& const int& 推断at()必须提供const重载版本

##task 3

#代码

 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     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     int n;
19     std::cout << "Enter n: ";
20     std::cin >> n;
21 
22     vectorInt x1(n);
23     for(auto i = 0; i < n; ++i)
24         x1.at(i) = (i+1)*10;
25     std::cout << "x1: ";  output1(x1);
26 
27     vectorInt x2(n, 42);
28     vectorInt x3(x2);
29     x2.at(0) = -1;
30     std::cout << "x2: ";  output1(x2);
31     std::cout << "x3: ";  output1(x3);
32 }
33 
34 void test2() {
35     const vectorInt  x(5, 42);
36     vectorInt y;
37 
38     y.assign(x);
39 
40     std::cout << "x: ";  output2(x);
41     std::cout << "y: ";  output2(y);
42 }
43 
44 // 使用xx.at()+循环输出vectorInt对象数据项
45 void output1(const vectorInt &vi) {
46     if(vi.size() == 0) {
47         std::cout << '\n';
48         return;
49     }
50         
51     std::cout << vi.at(0);
52     for(auto i = 1; i < vi.size(); ++i)
53         std::cout << ", " << vi.at(i);
54     std::cout << '\n';
55 }
56 
57 // 使用迭代器+循环输出vectorInt对象数据项
58 void output2(const vectorInt &vi) {
59     if(vi.size() == 0) {
60         std::cout << '\n';
61         return;
62     }
63     
64     auto it = vi.begin();
65     std::cout << *it;
66 
67     for(it = vi.begin()+1; it != vi.end(); ++it)
68         std::cout << ", " << *it;
69     std::cout << '\n';
70 }

  1 #pragma once
  2 
  3 #include <iostream>
  4 
  5 // 动态int数组对象类
  6 class vectorInt{
  7 public:
  8     vectorInt();
  9     vectorInt(int n_);
 10     vectorInt(int n_, int value);
 11     vectorInt(const vectorInt &vi);
 12     ~vectorInt();
 13     
 14     int size() const;
 15     int& at(int index);
 16     const int& at(int index) const;
 17     vectorInt& assign(const vectorInt &vi);
 18 
 19     int* begin();
 20     int* end();
 21     const int* begin() const;
 22     const int* end() const;
 23 
 24 private:
 25     int n;     // 当前数据项个数
 26     int *ptr;  // 数据区
 27 };
 28 
 29 vectorInt::vectorInt():n{0}, ptr{nullptr} {
 30 }
 31 
 32 vectorInt::vectorInt(int n_): n{n_}, ptr{new int[n]} {
 33 }
 34 
 35 vectorInt::vectorInt(int n_, int value): n{n_}, ptr{new int[n_]} {
 36     for(auto i = 0; i < n; ++i)
 37         ptr[i] = value;
 38 }
 39 
 40 vectorInt::vectorInt(const vectorInt &vi): n{vi.n}, ptr{new int[n]} {
 41     for(auto i = 0; i < n; ++i)
 42         ptr[i] = vi.ptr[i];
 43 }
 44 
 45 vectorInt::~vectorInt() {
 46     delete [] ptr;
 47 }
 48 
 49 int vectorInt::size() const {
 50     return n;
 51 }
 52 
 53 const int& vectorInt::at(int index) const {
 54     if(index < 0 || index >= n) {
 55         std::cerr << "IndexError: index out of range\n";
 56         std::exit(1);
 57     }
 58 
 59     return ptr[index];
 60 }
 61 
 62 int& vectorInt::at(int index) {
 63     if(index < 0 || index >= n) {
 64         std::cerr << "IndexError: index out of range\n";
 65         std::exit(1);
 66     }
 67 
 68     return ptr[index];
 69 }
 70 
 71 vectorInt& vectorInt::assign(const vectorInt &vi) { 
 72     if(this == &vi) 
 73         return *this;
 74 
 75     int *ptr_tmp;
 76     ptr_tmp = new int[vi.n];
 77     for(int i = 0; i < vi.n; ++i)
 78         ptr_tmp[i] = vi.ptr[i];
 79     
 80     delete[] ptr;
 81     n = vi.n;
 82     ptr = ptr_tmp;
 83     return *this;
 84 }
 85 
 86 int* vectorInt::begin() {
 87     return ptr;
 88 }
 89 
 90 int* vectorInt::end() {
 91     return ptr+n;
 92 }
 93 
 94 const int* vectorInt::begin() const {
 95     return ptr;
 96 }
 97 
 98 const int* vectorInt::end() const {
 99     return ptr+n;
100 }

#运行结果

#问题回答

1.版本2缺少自赋值检查

2.(1)static_cast<const vectorInt*>(this)作用是将当前对象的指针从非常量转换为常量指针转换前this类型是vectorInt* 转换后类型是const vectorInt* 目的：为了调用const版本的at()成员函数

(2)const_cast<int&>作用是移除const修饰符，使返回值可以用于修改操作转换前this返回类型是const int& 转换后返回类型是int& 目的：满足非const接口的返回类型要求

3.v1 非const版本可用于需要修改元素的场景 v2const版本用于只读访问，保证数据不被修改

4.可以 fill将ptr开始的n个元素都设置为value copy 从vi.ptr复制n个元素到ptr

##task 4

#代码

  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)
 33     : n_rows(rows_), n_cols(cols_) {
 34     ptr = new double[n_rows * n_cols];
 35     std::fill(ptr, ptr + n_rows * n_cols, value);
 36 }
 37 
 38 Matrix::Matrix(int rows_, double value){
 39     n_rows = rows_;
 40     n_cols = rows_;
 41     ptr = new double[n_rows * n_cols];
 42     std::fill(ptr, ptr + n_rows * n_cols, value);
 43 }
 44 
 45 Matrix::Matrix(const Matrix &x){
 46     n_cols = x.n_cols;
 47     n_rows = x.n_rows;
 48     ptr = new double[n_rows * n_cols];
 49     std::copy(x.ptr, x.ptr + n_rows * n_cols, ptr);
 50 }
 51 
 52 Matrix::~Matrix(){
 53     delete[] ptr;
 54 }
 55 
 56 void Matrix::set(const double *pvalue, int size){
 57     if(size != n_rows*n_cols){
 58         std::cout << "ValueError: size mismatch in Matrix::set()\n";
 59         exit(1);
 60     }
 61     std::copy(pvalue, pvalue + size, ptr);
 62 }
 63 
 64 void Matrix::clear(){
 65     std::fill(ptr, ptr + n_rows * n_cols, 0);
 66 }
 67 
 68 double& Matrix::at(int i, int j){
 69     if(i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols){
 70         std::cout << "IndexError: index out of range in Matrix::at()\n";
 71         exit(1);
 72     }
 73     return ptr[i * n_cols + j];
 74 }
 75 
 76 const double& Matrix::at(int i, int j) const {
 77     if(i < 0 || i >= n_rows || j < 0 || j >= n_cols){
 78         std::cout << "IndexError: index out of range in Matrix::at()\n";
 79         exit(1);
 80     }
 81     return ptr[i * n_cols + j];
 82 }
 83 
 84 int Matrix::rows() const {
 85     return n_rows;
 86 }
 87 
 88 int Matrix::cols() const {
 89     return n_cols;
 90 }
 91 
 92 void Matrix::print() const {
 93     for (int i = 0; i < n_rows; i++)
 94     {
 95         for (int j = 0; j < n_cols; j++)
 96         {
 97             std::cout << at(i, j);
 98             if (j != n_cols - 1)
 99                 std::cout << ", ";
100         }
101         std::cout << '\n';
102     }
103     
104 }

 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 }

#运行结果

##task5

#代码

 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 }

 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 // 待补足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     for(int i=0; i<contacts.size(); i++) {
76         if(contacts[i].get_name() == name) {
77             return i;
78         }
79     }
80 
81     return -1;
82 }
83 
84 
85 // 待补足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     std::sort(contacts.begin(), contacts.end(), 
89         [](const Contact &a, const Contact &b) {
90             return a.get_name() < b.get_name();
91         });
92 }

 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 }