面向对象程序设计(C++) 实验指导书

实验 1 类和对象

1.1实验目的和要求

(1) 理解类和对象的概念，掌握声明类和定义对象的方法。

(2) 掌握构造函数和析构函数的实现方法。

(3) 初步掌握使用类和对象编制C++程序。

(4) 掌握对象数组、对象指针和string类的使用方法。

(5) 掌握使用对象、对象指针和对象引用作为函数参数的方法。

(6) 掌握类对象作为成员的使用方法。

(7) 掌握静态数据成员和静态成员函数的使用方法。

(8) 理解友元的概念和掌握友元的使用方法。

1.2实验内容和步骤

1.输入下列程序

//test4-1.cpp

#include

using namespace std;

class Coordinate

{ public:

Coordinate(int x1,int y1)

{ x=x1;

y=y1;

}

Coordinate(Coordinate &p);

~Coordinate()

{ cout<<”Destructor is calleded\n”;}

int getx()

{return x;}

int gety()

{return y;}

private:

int x,y;

};

Coordinate::Coordinate(Coordinate &p)

{ x=p.x;

y=p.y;

cout<<”copy-initialization Constructou is called\n”;

}

int main()

{ Coordinate p1(3,4);

Coordinate p2(p1);

Coordinate p3=p2;

cout<<”p3=(“<

return(0);

}

(1)写出程序的运行结果。

(2)将Coordinate类中带有两个参数的构造函数进行修改，在函数体内增添下述语句：

cout<<”Constructor is called.\n”;

写出程序的运行结果，并解释输出结果。

（3）按下列要求进行调试：

在主函数体内，添加下列语句：

Coordinate p4;

Coordinata p5(2);

调试程序时会出现什么错误？为什么？如何对已有的构造函数进行适当修改？

（4）经过以上第（2）步和第（3）步的修改后，结合运行结果分析：创建不同的对象时会调用不同的构造函数。

2.设计一个4*4魔方程序，让魔方的各行值的和等于各列值的和，并且等于两对角线值的和。例如一下魔方：

31 3 5 25

9 21 19 15

17 13 11 23

7 27 29 1

各行、各列以及对角线值的和都是64.

【提示】

求4*4魔方的一般步骤如下：

（1）设置初始魔方的起始值和相邻元素之间的差值。例如上述魔方的初始魔方的起始值（first）和相邻元素之间的差值(step)分别为：

first=1

step=2

(2)设置初始魔方元素的值。例如上述魔方的初始魔方为：

1 3 5 7

9 11 13 15

17 19 21 23

25 27 29 31

（3）生成最终魔方。方法如下：

①求最大元素值与最小元素值的和sum，该实例的sum是：

1+31=32

②用32减去初始魔方所有对角线上元素的值，然后将结果放在原来的位置，这样就可求得最终魔方。本例最终魔方如下：

31 3 5 25

9 21 19 15

17 13 11 23

7 27 29 1

本题的魔方类magic的参考框架如下：

class magic

{ public:

void getdata();

void setfirstmagic();

void generatemagic();

void printmagic();

private:

int m[4][4];

int step;

int first;

int sum;

};

3.设计一个用来表示直角坐标系的Location类，在主程序中创建类Location的两个对象A和B，要求A的坐标点在第3象限，B的坐标在第2象限，分别采用成员函数和友元函数计算给定两个坐标点之间的距离，要求按如下格式输出结果：

A(x1,y1),B(x2,y2)

Distance1=d1

Distance1=d2

其中：x1、x2、y1、y2为指定的坐标值，d1和d2为两个坐标点之间的距离。

【提示】

类Location的参考框架如下：

class Location {

public:

Location(double,double);

double Getx()

double Gety()

double distance(Location &);

friend double distance (Location &,Location &);

private:

double x,y;

};

4.声明一个Student类，在该类中包括一个数据成员score（分数）、两个静态数据成员total_score（总分）和count（学生人数）；还包括一个成员函数account()用于设置分数、累计学生成绩之和、累计学生人数，一个静态成员函数sum()用于返回学生的成绩之和，另一个静态成员函数average（）用于求全班成绩的平均值。在main函数中，输入某班同学的成绩，并调用上述函数求出全班学生的成绩之和和平均分。

5.使用C++的string类，将5个字符串按逆转后的顺序显示出来。例如，逆转前的5个字符串是：

Germany Japan America Britain France

按逆转后的顺序输出字符串是：

France Britain America Japan Germany

实验2 派生类与继承

2.1实验目的和要求

(1) 掌握派生类的声明方法和派生类构造函数的定义方法。

(2) 掌握不同继承方式下，基类成员在派生类中的访问属性。

(3) 掌握在继承方式下，构造函数与析构函数的执行顺序与构造规则。

(4) 学习虚基类在解决二义性问题中的作用。

2.2实验内容与步骤·

1.输入下列程序。

//test4_1.cpp

#include

using namespace std;

class Base{

public:

void setx(int i)

{x=i;}

Int getx()

{return x;}

public:

int x;

};

class Derived:public Base{

public:

void sety(int i)

{y=i;}

int gety()

{return y;}

void show()

{cout<<”Base::x=”<

}

public:

inty;

};

int main()

{Derived bb;

bb,setx(16);

bb.sety(25);

bb.show();

cout<<”Base::x=”<

cout<<”Derived::y=”<

cout<<”Base::x=”<

cout<<”Derived::y=”<

return 0;

}

(1)写出程序的运行结果。

(2) 按以下要求，对程序进行修改后再调试，指出调试中出错的原因。

①将基类Base中数据成员x的访问权限改为private时，会出现哪些错误？为什么？

②将基类Base中数据成员x的访问权限改为protected时，会出现哪些错误？为什么？

③在源程序的基础上，将派生类Derived的继承方式改为private时，会出现哪些错误？为什么？

④在源程序的基础上，将派生类Derived的继承方式改为protected时，会出现哪些错误？为什么？

2.编写一个学生和教师的数据输入和显示程序。学生数据有编号、姓名、性别、年龄、系别和成绩，教师数据有编号、姓名、性别、年龄、职称和部门。要求将编号、姓名、性别、年龄的输入和显示设计成一个类Person，并作为学生类Student和教师类Teacher的基类。

供参考的类结构如下：

class Person{

...

};

class Student:public Person{

...

};

class Teacher:public Person{

...

};

3.按要求阅读、编辑、编译、调试和运行以下程序。

(1) 阅读、编辑、编译、调试和运行以下程序，并写出程序的运行结果。

//test4_3_1.cpp

#include

#include

using namespace std;

class MyArray{

public:

MyArray(int leng);

~MyArray{};

void Input();

void Display(string);

protected:

int*alist;

int length;

};

MyArray::MyArray(int leng)

{if(leng<=0)

{cout<<”error length”;

exit(1);

}

alist=new int [leng];

length=leng;

if(alist==NULL)

{cout<<”assign failure”;

exit(1);

}

cout<<”MyArray类对象已创建。”<

}

MyArray::~MyArray()

{delete[] alist;

cout<<”MyArray类对象被撤销。”<

}

void MyArray::Display(string str)

{int i;

int *p=alist;

cout<

for(i=0;i

cout<<*p<<””;

cout<

}

void MyArray::Input{}

{cout<<”请键盘输入”<

int i;

int *p =alist;

for(i=0;i

cin>>*p;

}

int main()

{MyArray a(5);

a.Input();

a.Display(“显示已输入的”);

return 0;

}

(2) 声明一个类SortArray继承类MyArray,在该类中定义一个函数，具有将输入的整数从小到大进行排序的功能。

【提示】

在第（1）步的基础上可增加下面的参考框架：

class SortArray : public MyArray {

public:

void Sort();

SortArray(int leng):MyArray(leng)

{cout<<”SortArray类对象已创建。”<

}

virtual ~SortArray();

};

SortArray::~SortArray()

{cout<<”SortArray类对象被撤销。”<

}

void SortArray::Sort()

{

//请自行编写Sort函数的代码，将输入的整数从小到大排序。

}

//并将主函数修改为：

int main()

{SortArray a(5);

s.Input();

s.Display(“显示排序以前的”);

s.Sort();

s.Display(“显示排序以后的”);

return 0;

}

声明一个类ReArray继承类MyArray,在该类中定义一个函数，具有将输入的整数进行倒置的功能。

【提示】

在第（1）步的基础上可增加下面的参考框架：

Class ReArray:public MyArray{

Public:

Void reverse();

ReArray(int leng);

Virtual ~ReArray();

};

请读者自行编写构造函数、析构函数和倒置函数ReArray,以及修改主函数。

(3) 声明一个类AverArray继承类MyArray,在该类中定义一个函数，具有求输入的整数平均值的功能。

【提示】

在第（1）步的基础上增加下面的参考框架：

class AverArray:public MyArray{

Public:

AverArray(int leng);

~AverArray();

Double Aver();

};

请读者自行编写构造函数、析构函数和求平均值函数Aver（求解整数的平均值），以及修改主函数。

(2)声明一个NewArray类，同时继承了类SortArray,ReArray和AverArray,使得类

NewArray的对象同时具有排序、倒置和求平均值的功能。在继承的过程中声明MyArray为虚基类，体会虚基类在解决二义性问题中的作用。

实验3 多态性

3.1实验目的和要求

(1) 了解多态性的概念。

(2) 掌握运算符重载的基本方法。

(3) 掌握虚函数的定义和使用方法。

(4) 掌握纯虚函数和抽象类的概念和用法。

3.2实验内容与步骤

1.分析并调试下列程序，写出程序的输出结果，并解释输出结果。//test5_1.cpp

#include

using namespace std;

class B{

public:

virtual void f1 (double x)

{cout<<”B::f1(double)”<

}

void f2(double x)

{cout<<”B::f2(double)”<<2*x<

}

void f3(double x)

{cout<<”B::f3(double)”<<3*x<

}

}

class D:public B{

public:

virtual void f1(double x)

{cout<<”D::f1(double)”<

}

void f2(double x)

{cout<<”D::f2(double)”<<2*x<

}

void f3(double x)

{cout<<”D::f3(double)”<<3*x<

}

};

int main()

{D d;

B*pb=&d;

D*pd=&d;

pb->f1(1.23);

pb->f1(1.23);

pb->f2(1.23);

pb->f3(1.23);

pb->f3(3.14);

return 0;

}

2.编写一个程序，其中设计一个时间类Time,用来保存时、分、秒等私有数据成员，通过重载操作符“+”实现两个时间的相加。要求将小时范围限制在大于等于0，分钟范围限制在0~59，秒钟范围限制在0~59秒。

【提示】

时间类Time{

public:

Time(int h=0,int m=0,int s=0);

Time operator+(Time&);

void disptime(string);

private:

int hourse;

int minutes;

int seconds;

};

3.给出下面的抽象基类container;

class container

{

protected:

double radius;

public:

container(double radius1);

virtual double surface_area()=0;

virtual double volume()=0;

};

要求建立3个继承container的派生类cube、sphere与cylinder，让每一个派生类都包含虚函数surface_area()和volume()，分别用来计算正方体、球体和圆柱体的表面积及体积。要求写出主程序，应用C++的多态性，分别计算边长为6.0的正方体、半径为5.0的球体，以及半径为5.0和高为6.0的圆柱体的表面积和体积。

4.编写一个程序，用于进行集合的并、差和交运算。例如输入整数集合{9 5 4 3 6 7}和{2 4 6 9 }，计算出它们进行集合的并、差和交运算后的结果。

【提示】

i.可用以下表达式实现整数集合的基本运算：

s1+s2 两个整数集合的并运算

s1-s2 两个整数集合的差运算

s1*s2 两个整数集合的交运算

ii.参考以下Set类的框架，用于完成集合基本运算所需的各项功能。

class set{

public:

set::set();

void set::input(int d);

int set::length();

int set::getd(int i);

void set::disp();

set set::operator+(set s1);

set set::operator-(set s1);

set set::operator*(set s1);

set set::operator=(set s1); protected:

int len;

int s[MAX];

};

实验 4 模板与异常处理

4.1 实验目的和要求

（1）正确理解模板的概念。

（2）掌握函数模板和类模板的声明和使用方法。

（3）学习简单的异常处理方法。

4.2 实验内容和步骤

1.分析并调试下列程序，写出运行结果并分析原因。

（1）

//test6_1_1.cpp

#include

using namespace std;

template

T max (T x,T y)

{ return x>y? x:y;

}

int max(int a,int b)

{return a>b? a:b;

}

double max (double a,double b)

{return a>b? a:b;

}

int main()

{ cout<<”max(‘3’,’7’) is “<

return 0;

}

(2)

//test6_1_2.cpp

#include

using namespace std;

int max(int a,int b)

{return a>b? a:b;

}

double max (double a,double b)

{return a>b? a:b;

}

int main()

{ cout<<”max(‘3’,’7’) is “<

return 0;

}

2.编写一个求任意类型数组中最大元素和最小元素的程序，要求将求最大元素和最小元素

的函数设计成函数模板。

3.编写一个程序，使用类模板对数组元素进行排序、倒置、查找和求和。

【提示】

设计一个类模板

template

class Array{

...

};

具有对数组元素进行排序、倒置、查找和求和功能，然后产生类型实参分别为int型和double 型的两个模板类，分别对整型数组与双精度数组完成所要求的操作。

4.编写一个程序，求输入数的平方根。设置异常处理，对输入负数的情况给出提示。

实验 5 C++的流类库与输入输出

5.1 实验目的和要求

（1）掌握C++格式化的输入输出方法。

（2）掌握重载运算符“<<”和“>>”的方法。

（3）掌握磁盘文件的输入输出方法。

5.2 实验内容和步骤

1. 下面给出的test7_1_1.cpp程序用于打印九九乘法表，但程序中存在错误。请上机调试，使得此程序运行后，能够输出如下所示的九九乘法表。

* 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 1

2 2 4

3 3 6 9

4 4 8 12 16

5 5 10 15 20 25

6 6 12 18 24 30 36

7 7 14 21 28 35 42 49

8 8 16 24 32 40 48 56 64

9 9 18 27 36 45 54 63 72 81

//test7_1_1.cpp

#include

#include

using namespace std;

int main()

{

int i,j;

cout<<”*”;

for(i=1;i<=9;i++)

cout<

cout<

for(i=1;i<=9;i++)

{ cout<

for(j=1;j<=i;j++)

Cout<

}

return 0;

}

2.下面的程序用于统计文件xyz.txt中的字符个数，请填空完成程序。

//test7_2_1.cpp

#include

#include

using namespace std;

int main()

{ char ch;

int i=0;

ifstream file;

file.open(“xyz.txt”,ios::in);

if( ① )

{

cout<<”xyz.txt cannot open”<

abort();

}

While (!file.eof())

{

②

i++;

}

cout<<”文件字符个数：”<

③

return 0;

}

3.重载运算符“<<”和“>>”，使其能够输入一件商品的信息和输出这件商品的信息。商品的信息由编号、商品名和价格。假如商品类Merchandise的框架如下：class merchandise{

public:

Merchandiss();

~Merchandiss();

friend istream& operator>>(istream& in,Merchandiss& s);

friend ostream&operator<<(ostream& out,Merchandiss& s);

private:

int no;

char *name;

double price;

};

要求实现该类，并编写以下的main函数对该类进行操作。

int main()

{ Merchandise mer;

cin>>mer;

cout<

return 0;

}

4.编写一个程序，将两个文本文件连接成一个文件，然后将此文件中所有小写字母转换成大写字母，并打印出来。