实验3 类和对象_基础编程2

实验任务1：

代码：

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>

using std::string;
using std::cout;

// 按钮类
class Button {
public:
    Button(const string &text);
    string get_label() const;
    void click();

private:
    string label;
};

Button::Button(const string &text): label{text} {
}

inline string Button::get_label() const {
    return label;
}

void Button::click() {
    cout << "Button '" << label << "' clicked\n";
}

#pragma once
#include "button.hpp"
#include <vector>
#include <iostream>

using std::vector;
using std::cout;
using std::endl;

// 窗口类
class Window{
public:
    Window(const string &win_title);
    void display() const;
    void close();
    void add_button(const string &label);

private:
    string title;
    vector<Button> buttons;
};

Window::Window(const string &win_title): title{win_title} {
    buttons.push_back(Button("close"));
}

inline void Window::display() const {
    string s(40, '*');

    cout << s << endl;
    cout << "window title: " << title << endl;
    cout << "It has " << buttons.size() << " buttons: " << endl;
    for(const auto &i: buttons)
        cout << i.get_label() << " button" << endl;
    cout << s << endl;
}

void Window::close() {
    cout << "close window '" << title << "'" << endl;
    buttons.at(0).click();
}

void Window::add_button(const string &label) {
    buttons.push_back(Button(label));
}

#include "window.hpp"
#include <iostream>

using std::cout;
using std::cin;

void test() {
    Window w1("new window");
    w1.add_button("maximize");
    w1.display();
    w1.close();
}

int main() {
    cout << "用组合类模拟简单GUI:\n";
    test();
}

运行测试结果截图：

 

问题1：这个模拟简单GUI的示例代码中，自定义了几个类？使用到了标准库的哪几个类？，哪些
类和类之间存在组合关系？

答：自定义了两个类：Button按钮类和Window窗口类。

使用到的标准库类：std::string用于储存字符串和std::vector用于存储动态数组。

window类中组合了Button类。具体看就是Window类里面有std::vector<Button>成员，用于存储窗口中的按钮。
问题2：在自定义类Button和Window中，有些成员函数定义时加了const, 有些设置成了inline。如
果你是类的设计者，目前那些没有加const或没有设置成inline的，适合添加const，适合设置成
inline吗？陈述你的答案和理由。

答：自定义类Button类中：get_label()适合加const，因为这个函数不会修改任何成员变量，只读取。click()不适合加const，因为这个函数可能会修改成员变量或状态。

自定义类Window类中：display()适合加const，因为这个函数不会修改任何成员变量，只读取和显示。close()不适合加const，因为这个函数可能会修改成员变量或状态。add_button()不适合加const，因为这个函数会修改成员变量，即向vector中添加元素。

关于设置成inline:inline通常用于小型、频繁调用的函数，以减少函数调用的开销。get_label()和display()可以考虑设置为inline，因为他们相对较小且可能被频繁调用。
问题3：类Window的定义中，有这样一行代码，其功能是？

答：创建一个std::string类型的对象s，并初始化它为一个包含40个字符“*”的字符串。

实验任务2：

代码：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

void output1(const vector<int> &v) {
    for(auto &i: v)
        cout << i << ", ";
    cout << "\b\b \n";
}

void output2(const vector<vector<int>> v) {
    for(auto &i: v) {
        for(auto &j: i)
            cout << j << ", ";
        cout << "\b\b \n";
    }
}

void test1() {
    vector<int> v1(5, 42);
    const vector<int> v2(v1);

    v1.at(0) = -999;
    cout << "v1: ";  output1(v1);
    cout << "v2: ";  output1(v2);
    cout << "v1.at(0) = " << v1.at(0) << endl;
    cout << "v2.at(0) = " << v2.at(0) << endl;
}

void test2() {
    vector<vector<int>> v1{{1, 2, 3}, {4, 5, 6, 7}};
    const vector<vector<int>> v2(v1);

    v1.at(0).push_back(-999);
    cout << "v1: \n";  output2(v1);
    cout << "v2: \n";  output2(v2);

    vector<int> t1 = v1.at(0);
    cout << t1.at(t1.size()-1) << endl;
    
    const vector<int> t2 = v2.at(0);
    cout << t2.at(t2.size()-1) << endl;
}

int main() {
    cout << "测试1:\n";
    test1();

    cout << "\n测试2:\n";
    test2();
}

运行结果截图：

问题：

问题1：测试1模块中，这三行代码的功能分别是？

 答：第一行：创建了一个名为  v1  的  vector<int>  对象，包含5个初始化为42的整数。

第二行：创建了另一个名为  v2  的  vector<int>  对象，它是  v1  的深复制，意味着  v2  中的元素是  v1  中元素的副本。

第三行：修改了  v1  中第一个元素的值。

问题2：测试2模块中，这三行代码的功能分别是？

 答：第一行代码创建了一个名为  v1  的二维  vector  对象，包含两个  vector<int>  对象。

第二行代码创建了另一个名为  v2  的二维  vector  对象，它是  v1  的深复制。

第三行代码在  v1  的第一个  vector<int>  对象末尾添加了一个新元素-999。

问题3：测试2模块中，这四行代码的功能分别是？

 答：第一行代码将  v1  的第一个  vector<int>  对象复制到一个新的  vector<int>  对象  t1  。

第二行代码输出  t1  的最后一个元素的值。

 第三行代码将  v2  的第一个  vector<int>  对象复制到一个新的  vector<int>  对象  t2  。

第四行代码输出  t2  的最后一个元素的值。

问题4：根据执行结果，反向分析、推断：
① 标准库模板类vector内部封装的复制构造函数，其实现机制是深复制还是浅复制？
② 模板类vector的接口at(), 是否至少需要提供一个const成员函数作为接口？

答：1.深复制。（根据测试1和测试2的结果，我们可以看到  v2  是  v1  的深复制。在测试1中，修改  v1  的第一个元素并不影响  v2  ，这表明  v2  中的元素是  v1  中元素的独立副本。在测试2中，向  v1.at(0)  添加元素并不影响  v2.at(0)  ，这也表明  v2  是  v1  的深复制。）

2.是。

实验任务3

 代码：

#pragma once

#include <iostream>
#include <cassert>

using std::cout;
using std::endl;

// 动态int数组对象类
class vectorInt{
public:
    vectorInt(int n);
    vectorInt(int n, int value);
    vectorInt(const vectorInt &vi);
    ~vectorInt();

    int& at(int index);
    const int& at(int index) const;

    vectorInt& assign(const vectorInt &v);
    int get_size() const;

private:
    int size;
    int *ptr;       // ptr指向包含size个int的数组
};

vectorInt::vectorInt(int n): size{n}, ptr{new int[size]} {
}

vectorInt::vectorInt(int n, int value): size{n}, ptr{new int[size]} {
    for(auto i = 0; i < size; ++i)
        ptr[i] = value;
}

vectorInt::vectorInt(const vectorInt &vi): size{vi.size}, ptr{new int[size]} {
    for(auto i = 0; i < size; ++i)
        ptr[i] = vi.ptr[i];
}

vectorInt::~vectorInt() {
    delete [] ptr;
}

const int& vectorInt::at(int index) const {
    assert(index >= 0 && index < size);

    return ptr[index];
}

int& vectorInt::at(int index) {
    assert(index >= 0 && index < size);

    return ptr[index];
}

vectorInt& vectorInt::assign(const vectorInt &v) {  
    delete[] ptr;       // 释放对象中ptr原来指向的资源

    size = v.size;
    ptr = new int[size];

    for(int i = 0; i < size; ++i)
        ptr[i] = v.ptr[i];

    return *this;
}

int vectorInt::get_size() const {
    return size;
}

#include "vectorInt.hpp"
#include <iostream>

using std::cin;
using std::cout;

void output(const vectorInt &vi) {
    for(auto i = 0; i < vi.get_size(); ++i)
        cout << vi.at(i) << ", ";
    cout << "\b\b \n";
}


void test1() {
    int n;
    cout << "Enter n: ";
    cin >> n;

    vectorInt x1(n);
    for(auto i = 0; i < n; ++i)
        x1.at(i) = i*i;
    cout << "x1: ";  output(x1);

    vectorInt x2(n, 42);
    vectorInt x3(x2);
    x2.at(0) = -999;
    cout << "x2: ";  output(x2);
    cout << "x3: ";  output(x3);
}

void test2() {
    const vectorInt  x(5, 42);
    vectorInt y(10, 0);

    cout << "y: ";  output(y);
    y.assign(x);
    cout << "y: ";  output(y);
    
    cout << "x.at(0) = " << x.at(0) << endl;
    cout << "y.at(0) = " << y.at(0) << endl;
}

int main() {
    cout << "测试1: \n";
    test1();

    cout << "\n测试2: \n";
    test2();
}

运行结果：

问题：

问题1：vectorInt类中，复制构造函数（line14)的实现，是深复制还是浅复制？

 

答：深复制（分配了新内存且元素值是逐个复制的，line36）

问题2：vectorInt类中，这两个at()接口，如果返回值类型改成int而非int&（相应地，实现部分也 同步修改），测试代码还能正确运行吗？如果把line18返回值类型前面的const掉，针对这个测试 代码，是否有潜在安全隐患？尝试分析说明。   

答：不能。改后意味着函数返回的是元素的副本而不是引用，导致无法通过at（）接口修改vectorInt中实际元素值，因为返回的是值的副本，而且测试代码中有通过at（）修改元素值的操作。

有潜在安全隐患。允许了非const版本的at（）函数修改对象，设计预想偏差。

问题3：vectorInt类中，assign()接口，返回值类型可以改成vectorInt（即返回对象而不是引用）吗？你的结论及原因分析。

答：不可以，应该保持为vectorInt&以保持一致性。可能导致在需要引用时返回了对象而不是引用，而且assign（）用于就地修改对象，返回对象会改变语义，使函数行为与预期不符。

实验任务4：

代码：

#pragma once

#include <iostream>
#include <cassert>

using std::cout;
using std::endl;

// 类Matrix的声明
class Matrix {
public:
    Matrix(int n, int m);           // 构造函数，构造一个n*m的矩阵, 初始值为value
    Matrix(int n);                  // 构造函数，构造一个n*n的矩阵, 初始值为value
    Matrix(const Matrix &x);        // 复制构造函数， 使用已有的矩阵X构造
    ~Matrix();

    void set(const double *pvalue);         // 用pvalue指向的连续内存块数据按行为矩阵赋值
    void clear();                           // 把矩阵对象的值置0
    
    const double& at(int i, int j) const;   // 返回矩阵对象索引(i,j)的元素const引用
    double& at(int i, int j);               // 返回矩阵对象索引(i,j)的元素引用
    
    int get_lines() const;                  // 返回矩阵对象行数
    int get_cols() const;                   // 返回矩阵对象列数

    void display() const;                    // 按行显示矩阵对象元素值

private:
    int lines;      // 矩阵对象内元素行数
    int cols;       // 矩阵对象内元素列数
    double *ptr;
};

// 类Matrix的实现：待补足
// matrix.cpp
#include "matrix.hpp"

Matrix::Matrix(int n, int m) : lines(n), cols(m), ptr(new double[n * m]) {
    std::fill(ptr, ptr + n * m, 0); // 初始化为0
}

Matrix::Matrix(int n) : Matrix(n, n) {}

Matrix::Matrix(const Matrix &x) : lines(x.lines), cols(x.cols), ptr(new double[x.lines * x.cols]) {
    std::copy(x.ptr, x.ptr + x.lines * x.cols, ptr);
}

Matrix::~Matrix() {
    delete[] ptr;
}

void Matrix::set(const double *pvalue) {
    std::copy(pvalue, pvalue + lines * cols, ptr);
}

void Matrix::clear() {
    std::fill(ptr, ptr + lines * cols, 0);
}

const double& Matrix::at(int i, int j) const {
    assert(i >= 0 && i < lines && j >= 0 && j < cols);
    return ptr[i * cols + j];
}

double& Matrix::at(int i, int j) {
    assert(i >= 0 && i < lines && j >= 0 && j < cols);
    return ptr[i * cols + j];
}

int Matrix::get_lines() const {
    return lines;
}

int Matrix::get_cols() const {
    return cols;
}

void Matrix::display() const {
    for (int i = 0; i < lines; ++i) {
        for (int j = 0; j < cols; ++j) {
            cout << ptr[i * cols + j] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
}

#include "matrix.hpp"
#include <iostream>
#include <cassert>

using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;


const int N = 1000;

// 输出矩阵对象索引为index所在行的所有元素
void output(const Matrix &m, int index) {
    assert(index >= 0 && index < m.get_lines());

    for(auto j = 0; j < m.get_cols(); ++j)
        cout << m.at(index, j) << ", ";
    cout << "\b\b \n";
}


void test1() {
    double x[1000] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

    int n, m;
    cout << "Enter n and m: ";
    cin >> n >> m;

    Matrix m1(n, m);    // 创建矩阵对象m1, 大小n×m
    m1.set(x);          // 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m1, 大小m×n
    m2.set(x);          // 用一维数组x的值按行为矩阵m1赋值

    Matrix m3(2);       // 创建一个2×2矩阵对象
    m3.set(x);          // 用一维数组x的值按行为矩阵m4赋值

    cout << "矩阵对象m1: \n";   m1.display();  cout << endl;
    cout << "矩阵对象m2: \n";   m2.display();  cout << endl;
    cout << "矩阵对象m3: \n";   m3.display();  cout << endl;
}

void test2() {
    Matrix m1(2, 3);
    m1.clear();
    
    const Matrix m2(m1);
    m1.at(0, 0) = -999;

    cout << "m1.at(0, 0) = " << m1.at(0, 0) << endl;
    cout << "m2.at(0, 0) = " << m2.at(0, 0) << endl;
    cout << "矩阵对象m1第0行: "; output(m1, 0);
    cout << "矩阵对象m2第0行: "; output(m2, 0);
}

int main() {
    cout << "测试1: \n";
    test1();

    cout << "测试2: \n";
    test2();
}

运行结果：

实验任务5：

代码：

// user.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>

class User {
private:
    std::string name; // 用户名
    std::string password; // 密码
    std::string email; // 邮箱

public:
    // 构造函数
    User(const std::string& name = "", const std::string& password = "123456", const std::string& email = "")
        : name(name), password(password), email(email) {}

    // 设置邮箱
    void set_email() {
        std::cout << "Please enter your email: ";
        std::getline(std::cin, email);
        // 简单合法性校验（是否包括@）
        while (email.find('@') == std::string::npos) {
            std::cout << "Invalid email, please try again: ";
            std::getline(std::cin, email);
        }
    }

    // 修改密码
    void change_password() {
        std::string old_password;
        int attempts = 0;
        while (attempts < 3) {
            std::cout << "Please enter your old password: ";
            std::getline(std::cin, old_password);
            if (old_password == password) {
                std::cout << "Please enter your new password: ";
                std::getline(std::cin, password);
                return;
            } else {
                std::cout << "Incorrect password, please try again." << std::endl;
                attempts++;
            }
        }
        std::cout << "Too many failed attempts, please try again later." << std::endl;
    }

    // 打印用户信息
    void display() const {
        std::string masked_password(password.size(), '*');
        std::cout << "Name: " << name << "\nPassword: " << masked_password << "\nEmail: " << email << std::endl;
    }
};

#include "user.hpp"
#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

using std::cin;
using std::cout;
using std::endl;
using std::vector;
using std::string;

void test() {
    vector<User> user_lst;

    User u1("Alice", "2024113", "Alice@hotmail.com");
    user_lst.push_back(u1);
    cout << endl;

    User u2("Bob");
    u2.set_email();
    u2.change_password();
    user_lst.push_back(u2);
    cout << endl;

    User u3("Hellen");
    u3.set_email();
    u3.change_password();
    user_lst.push_back(u3);
    cout << endl;

    cout << "There are " << user_lst.size() << " users. they are: " << endl;
    for(auto &i: user_lst) {
        i.display();
        cout << endl;
    }
}

int main() {
    test();
}

运行结果：

 实验任务6：

#ifndef __DATE_H__
#define __DATE_H__

class Date {
private:
    int year;    //年
    int month;   //月
    int day;     //日
    int totalDays; //该日期是从公元元年1月1日开始的第几天
public:
    Date(int year, int month, int day); //用年、月、日构造日期
    int getYear() const { return year; }
    int getMonth() const { return month; }
    int getDay() const { return day; }
    int getMaxDay() const;
    bool isLeapYear() const {
        return year % 4 == 0 && year % 100 != 0 || year % 400 == 0;
    }
    void show() const;
    //计算两个日期之间相差多少天
    int distance(const Date& date) const {
        return totalDays - date.totalDays;
    }
};
#endif

#include "date.h"
#include <iostream>
#include <cstdlib>
using namespace std;

//命名空间使下面的定义只在当前文件中有效
namespace {
    //存储平年中的某个月1日之前有多少天，为便于getMaxDay函数的实现，该数组多出一项
    const int DAYS_BEFORE_MONTH[] = { 0, 31, 59, 90, 120, 151, 181, 212, 243, 273, 304, 334, 365 };
}

Date::Date(int year, int month, int day) : year(year), month(month), day(day) {
    if (day <= 0 || day > getMaxDay()) {
        cout << "Invalid date.";
        show();
        cout << endl;
        exit(1);
    }
    int years = year - 1;
    totalDays = years * 365 + years / 4 - years / 100 + years / 400
        + DAYS_BEFORE_MONTH[month-1] + day;
    if (isLeapYear() && month > 2) totalDays++;
}


int Date::getMaxDay()const {
    if (isLeapYear() && month == 2) {
        return 29;
    }
    else {
        return DAYS_BEFORE_MONTH[month] - DAYS_BEFORE_MONTH[month - 1];
    }
}

void Date::show() const {
    cout << getYear() << '-' << getMonth() << '-' << getDay();
}

#ifndef __ACCOUNT_H__
#define __ACCOUNT_H__
#include "date.h"
#include <string>
class SavingsAccount {    //储蓄账户类 
private:
    std::string id;       //账号
    double balance;       //余额
    double rate;          //存款的年利率
    Date lastDate;        //上次变更余额的日期
    double accumulation;  //余额按日累加之和
    static double total; //所有账户的总金额
    //记录一笔帐，date为日期，amount为金额，desc为说明
    void record(const Date& date, double amount, const std::string& desc);
    //报告错误信息
    void error(const std::string& msg) const;
    //获得指定日期为止的存款金额按日累积值
    double accumulate(const Date& date) const {
        return accumulation + balance * date.distance(lastDate);
    }
public:
    //构造函数
    SavingsAccount(const Date& date, const std::string& id, double rate);
    const std::string& getId() const { return id; }
    double getBalance() const { return balance; }
    double getRate() const { return rate; }
    static double getTotal() { return total; }
    //存入现金
    void deposit(const Date& date, double amount, const std::string& desc);
    //取出现金
    void withdraw(const Date& date, double amount, const std::string& desc);
    //结算利息，每年1月1日调用一次该函数
    void settle(const Date& date);
    //显示账户信息
    void show() const;
};
#endif

#include "account.h"
#include <cmath>
#include <iostream>
using namespace std;
double SavingsAccount::total = 0;
SavingsAccount::SavingsAccount(const Date& date, const std::string& id, double rate):id(id), balance(0), rate(rate), lastDate(date), accumulation(0){
    date.show();
    cout<< "\t#" << id << " created" << endl;
}
void SavingsAccount::record(const Date& date, double amount, const std::string& desc) {
    accumulation = accumulate(date);
    lastDate = date;
    amount = floor(amount * 100 + 0.5) / 100; //保留小数点后两位
    balance += amount;
    total += amount;
    date.show();
    cout << "\t#" << id << "\t" << amount << "\t" << balance << "\t" << desc << endl;
}
void SavingsAccount::error(const std::string& msg) const {
    cout << "Error(#" << id << "): " << msg << endl;
}

void SavingsAccount::deposit(const Date& date, double amount, const std::string& desc) {
    record(date, amount, desc);
}

void SavingsAccount::withdraw(const Date& date, double amount, const std::string& desc) {
    if (amount > getBalance())
        error("not enough money");
    else
        record(date, -amount, desc);
}

void SavingsAccount::settle(const Date& date) {
    double interest = accumulate(date) * rate /date.distance(Date(date.getYear()-1,1,1));
    if (interest != 0)
        record(date, interest, "interest");
    accumulation = 0;
}

void SavingsAccount::show() const {
    cout << id << "\tBalance: " << balance;
}

#include "account.h"
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    Date date(2008, 11, 1); //起始日期
    //建立账户
    SavingsAccount accounts[] = {
            SavingsAccount(date, "03755217", 0.015),
            SavingsAccount(date, "02342342", 0.015)
    };
    const int n = sizeof(accounts) / sizeof(SavingsAccount); //账户总数
    //11月份的几笔账目
    accounts[0].deposit(Date(2008, 11, 5), 5000, "salary");
    accounts[1].deposit(Date(2008, 11, 25), 10000, "sell stock 0323");
    //12月份的几笔账目
    accounts[0].deposit(Date(2008, 12, 5), 5500, "salary");
    accounts[1].withdraw(Date(2008, 12, 20), 4000, "buy a laptop");
    //结算所有账户并输出各个账户信息
    cout << endl;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        accounts[i].settle(Date(2009, 1, 1));
        accounts[i].show();
        cout << endl;
    }
    cout << "Total: " << SavingsAccount::getTotal() << endl;
    return 0;
}

运行结果：

无微调。