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实验1现代C++编程初体验

// 现代C++标准库、算法库体验
// 本例用到以下内容:
// 1. 字符串string, 动态数组容器类vector、迭代器
// 2. 算法库:反转元素次序、旋转元素
// 3. 函数模板、const引用作为形参
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>// 模板函数声明
template<typename T>
void output(const T &c);
void test1();
void test2();
void test3();
int main() {
std::cout << "测试1: \n";
test1();
std::cout << "\n测试2: \n";
test2();
std::cout << "\n测试3: \n";
test3();
}
// 输出容器对象c中的元素
template <typename T>
void output(const T &c) {
for(auto &i : c)
std::cout << i << ' ';
std::cout << '\n';
}
// 测试1:组合使用算法库、迭代器、string反转字符串
void test1() {
using namespace std;
string s0{"0123456789"};
cout << "s0 = " << s0 << endl;
string s1(s0);
// 反转s1自身
reverse(s1.begin(), s1.end());
cout << "s1 = " << s1 << endl;
string s2(s0.size(), ' ');
// 将s0反转后结果拷贝到s2, s0自身不变
reverse_copy(s0.begin(), s0.end(), s2.begin());
cout << "s2 = " << s2 << endl;
}
// 测试2:组合使用算法库、迭代器、vector反转动态数组对象vector内数据
void test2() {
using namespace std;
vector<int> v0{2, 0, 4, 9};
cout << "v0: "; output(v0);
vector<int> v1{v0};
reverse(v1.begin(), v1.end());
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
reverse_copy(v0.begin(), v0.end(), v2.begin());
cout << "v2: "; output(v2);
}
// 测试3:组合使用算法库、迭代器、vector实现元素旋转移位
void test3() {
using namespace std;
vector<int> v0{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
cout << "v0: "; output(v0);
vector<int> v1{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环左移1位
rotate(v1.begin(), v1.begin()+1, v1.end());
cout << "v1: "; output(v1);
vector<int> v2{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环左移2位
rotate(v2.begin(), v2.begin()+2, v2.end());
cout << "v2: "; output(v2);
vector<int> v3{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环右移1位
rotate(v3.begin(), v3.end()-1, v3.end());
cout << "v3: "; output(v3);
vector<int> v4{v0};
// 将[v1.begin(), v1.end())区间内元素循环右移2位
rotate(v4.begin(), v4.end()-2, v4.end());
cout << "v4: "; output(v4);
}
图片一
问题一:

操作性质与目标容器:
• std::reverse: 这是一个 原地(in-place)修改 的算法。它直接在 传入的范围 [first, last) 上进行操作,将容器中该范围内的元素 物理顺序反转。原始容器会被修改。
◦ 例如: std::reverse(myVec.begin(), myVec.end()); 执行后,myVec 自身的元素顺序就被倒过来了
• std::reverse_copy: 这是一个 非破坏性 的算法。它 不会修改 源容器(传入的输入范围 [first, last))。相反,它将源范围内元素的 逆序副本 写入到另一个由 输出迭代器 (d_first) 定义的 目标位置(通常是另一个容器)。
◦ 例如: std::reverse_copy(srcVec.begin(), srcVec.end(), std::back_inserter(destVec)); 执行后,srcVec 的顺序不变,而 destVec 包含的是 srcVec 元素的逆序副本。
2. 返回值:
• std::reverse: 返回类型是 void。它本身不返回任何值(因为它直接修改了输入范围)。
• std::reverse_copy: 返回一个迭代器,指向目标范围中最后被拷贝元素的下一个位置(即拷贝操作结束后的尾后迭代器位置)。这在某些链式操作或需要知道写入结束位置时有用。
3. 参数:
• std::reverse: 需要 两个迭代器 参数:
◦ first:指向输入范围起始位置的迭代器。
◦ last:指向输入范围末尾元素之后位置的迭代器(即 [first, last))。
• std::reverse_copy: 需要 三个参数:
◦ first:指向源范围起始位置的迭代器。
◦ last:指向源范围末尾元素之后位置的迭代器(即 [first, last))。
◦ d_first:一个 输出迭代器,指向目标容器的起始写入位置。
4. 性能与适用性:
• std::reverse: 直接在原容器上操作,通常 不需要额外的存储空间(除了临时交换元素的空间)。对于线性序列容器(如 vector, deque, string, array)和链表(如 list,其成员函数 reverse 更优),它是反转顺序的高效方法。
• std::reverse_copy: 需要 额外的存储空间 来容纳逆序副本。时间复杂度和 reverse 一样是线性的(O(n)),但内存开销更大。它的主要优势就在于 保留源数据的原始顺序。
• 适用容器: 两者都要求容器支持 双向迭代器 (Bidirectional Iterator) 或 随机访问迭代器 (Random Access Iterator)。它们 不能用于关联式容器(如 set, map, multiset, multimap),因为这些容器基于内部排序存储元素,用户不能随意改变其物理顺序

问题二:在C++标准库中,std::rotate算法是一种高效的序列操作函数,用于重新排列元素顺序而不改变元素值。它通过旋转序列的方式实现元素的移动:将序列的某个“中间”位置之前的元素移动到序列结束位置之后,同时将中间位置及之后的元素移动到序列的开始位置。下面我将逐步解释其工作方式和参数含义,确保结构清晰易懂。1. 三个参数的含义

std::rotate函数接受三个迭代器参数,每个参数指向序列中的特定位置:
• 第一个参数(first):指向序列开始位置的迭代器。它定义了旋转操作的起始点,旋转后的序列将从这里开始。
• 第二个参数(middle):指向序列“中间”位置的迭代器。这个位置是关键点,它决定了元素如何被分割和移动;旋转后,原middle指向的元素会成为新序列的第一个元素(或等效位置)。
• 第三个参数(last):指向序列结束位置的迭代器。它定义了旋转操作的终点,但不包括在序列中(类似于C++迭代器范围的习惯)。
这三个参数共同定义了序列的子范围,旋转操作只影响从first到last-1的元素(不包括last指向的元素)1。
2. 改变元素顺序的方式
std::rotate通过内部元素交换或移动来实现顺序的改变,具体步骤如下:
• 分割序列:序列被隐式分为两个部分:
◦ Part 1: 从first到middle-1的元素(即起始点到中间点之前的元素)。
◦ Part 2: 从middle到last-1的元素(即中间点到结束点之前的元素)。
• 旋转操作:函数将Part 2的元素移动到Part 1的位置之前,同时将Part 1的元素移动到序列的末尾。数学上,这相当于将序列视为一个环状结构,并以middle为轴心旋转。旋转后:
◦ 原Part 2元素(从middle到last-1)成为新序列的前缀。
◦ 原Part 1元素(从first到middle-1)成为新序列的后缀。
• 内部实现:通常使用三次反转算法(reverse-reverse-reverse)实现


#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <numeric>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <ctime>
// 模板函数声明
template<typename T>
void output(const T &c);
int generate_random_number();
void test1();
void test2();int main() {std::srand(std::time(0)); // 添加随机种子std::cout << "测试1: \n";test1();std::cout << "\n测试2: \n";test2();
}
// 输出容器对象c中的元素
template <typename T>void output(const T &c) {for (auto &i : c)std::cout << i << ' ';std::cout << '\n';
}// 返回[0, 100]区间内的一个随机整数
int generate_random_number() {return std::rand() % 101;
}// 测试1:对容器类对象指定迭代器区间赋值、排序
void test1() {using namespace std;vector<int> v0(10); // 创建一个动态数组对象v0, 对象大小为10generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number); // 生成随机数填充v0cout << "v0: ";output(v0);vector<int> v1{v0};sort(v1.begin(), v1.end()); // 对整个vector排序cout << "v1: ";output(v1);vector<int> v2{v0};sort(v2.begin() + 1, v2.end() - 1); // 只对中间部分排序,不包含首尾元素cout << "v2: ";output(v2);
}// 测试2:对容器类对象指定迭代器区间赋值、计算最大值/最小值/均值
void test2() {using namespace std;vector<int> v0(10);generate(v0.begin(), v0.end(), generate_random_number);cout << "v0: ";output(v0);
// 求最大值和最小值auto min_iter = min_element(v0.begin(), v0.end());auto max_iter = max_element(v0.begin(), v0.end());cout << "最小值: " << *min_iter << endl;cout << "最大值: " << *max_iter << endl;
// 同时求最大值和最小值auto ans = minmax_element(v0.begin(), v0.end());cout << "最小值: " << *(ans.first) << endl;cout << "最大值: " << *(ans.second) << endl;
// 求平均值double avg1 = accumulate(v0.begin(), v0.end(), 0.0) / v0.size();cout << "均值: " << fixed << setprecision(2) << avg1 << endl;sort(v0.begin(), v0.end());double avg2 = accumulate(v0.begin() + 1, v0.end() - 1, 0.0) / (v0.size() - 2);cout << "去掉最大值、最小值之后,均值: " << avg2 << endl;
}

图片二

 

#include <iostream>
#include <string>
#include <algorithm>
#include <cctype>
unsigned char func(unsigned char c);
void test1();
void test2();int main() {std::cout << "测试1: 字符串大小写转换\n";test1();std::cout << "\n测试2: 字符变换\n";test2();
}unsigned char func(unsigned char c) {if (c == 'z')return 'a';if (c == 'Z')return 'A';if (std::isalpha(c))return static_cast<unsigned char>(c + 1);return c;
}void test1() {std::string s1{"Hello World 2049!"};std::cout << "s1 = " << s1 << '\n';std::string s2;for (auto c : s1)s2 += std::tolower(c);std::cout << "s2 = " << s2 << '\n';std::string s3;for (auto c : s1)s3 += std::toupper(c);std::cout << "s3 = " << s3 << '\n';
}void test2() {std::string s1{"I love cosmos!"};std::cout << "s1 = " << s1 << '\n';std::string s2(s1.size(), ' ');std::transform(s1.begin(), s1.end(),s2.begin(),func);std::cout << "s2 = " << s2 << '\n';
}

图片三

 

 

 

http://www.hskmm.com/?act=detail&tid=33009

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