《C++与面向对象程序设计》实验指导书.doc

C+与面向对象程序设计实验指导书配套教材：C+语言程序设计（郑莉等） 桂林工学院电子与计算机系 计算机教研室目录实验一、Visual C+6.0开发环境应用入门.2实验二、C+简单程序设计6实验三、函数的应用.13实验四、类与对象.17实验五、C+程序的结构.23实验六、数组、指针与字符串.26实验七、继承与派生 31实验八、多态性.34实验九、线性群体类.38实验十、流类库与输入/输出41实验一Visual C+6.0开发环境应用入门一、 实验目的1 了解Visual C+6.0的特点。2 熟悉Visual C+6.0的开发环境。3 学习用Visual C+6.0编写标准的C+控制台程序。二、 实验课时1学时三、 实验任务使用Visual C+6.0来建立一个非图形化的标准的C+程序，编译、运行以下程序lab1_1。include void main(void) cout”Hello!n”; cout”Welcome to C+!n”;四、 实验步骤1 启动Visual C+6.0开发环境从“开始”菜单中选择“程序”Microsoft Visual Studio 6.0|Microsoft Visual C+6.0，或者从屏幕上找到Microsoft Visual C+6.0图标双击，即可显示Visual C+6.0开发环境窗口。2 创建一个项目1）单击File菜单中的New选项，显示New对话框（如图11所示）。2）单击Project标签，在Projects选项卡中，选择Win32 Console Application。在Location文本框中指定一个路径，在Project Name文本框中为项目输入一个名字lab1_1，单击OK按钮。3）在弹出的Win32 Console Application-Step 1 of 1对话框中选择An Empty Project单选项，然后单击Finish按钮（如图12所示）。图11New对话框图12创建控制台应用程序第一步4）最后在New Project Information对话框中单击OK按钮，完成项目的建立。3 建立C+源程序文件1）选择菜单命令Project|Add to Project|New，弹出New对话框。2）在New对话框的Files选项卡中选择C+ Source File，并填入文件名称lab1_1，单击OK按钮，完成新建C+源程序文件（如图13所示）。图13添加新的源程序文件4 编辑C+源程序文件内容1）在文件编辑窗口中输入代码（如图14所示）。2）选择菜单命令File|Save保存这个文件。5 建立并运行可执行程序1）选择菜单命令Build|Build lab1_1.exe，建立可执行程序。如果源程序正确，则生成可执行程序lab1_1.exe；否则会在屏幕下方的状态窗口中显示错误信息，根据这些信息对源程序进行修改，重新选择菜单命令Build|Build lab1_1.exe，直到得到可执行程序。图14在文件编辑窗口中输入代码2）选择菜单命令Build|Execute lab1_1.exe，或者单击图标运行程序，观察屏幕的内容。6 关闭工作空间选择菜单命令File|Close Workspace关闭工作空间。注意：与C语言一样，一个工程可以包括多个C+源程序或头文件，但只能有一个main函数。补充任务：从键盘输入任意的两个整数，相加后将结果输出在屏幕上。实验二C+简单程序设计一、 实验目的1. 学会编写简单的C+程序。2. 复习基本数据类型变量和常量的应用。3. 复习运算符与表达式的应用。4. 复习结构化程序设计基本控制结构的运行。5. 复习自定义数据类型的应用。6. 练习使用简单的输入输出。7. 观察头文件的作用。8. 学会使用VC+6.0开发环境中的debug调试功能：单步执行、设置断点、观察变量值。二、 实验课时3学时三、 实验任务1输入并运行程序lab2_1.cpp，即：用do-while语句编程，求自然数1100之和。程序正确运行之后，去掉源程序中#include语句，重新编译，观察会有什么问题。2将do-while语句用for语句代替，完成相同的功能。3修改程序，求表达式1-2+3-4+99-100的值。4编程计算图形的面积。程序可计算圆形、长方形、正方形的面积，运行时先提示用户选择图形的类型，然后，对圆形要求用户输入半径值，对长方形要求用户输入长和宽的值，对正方形要求用户输入边长的值，计算出面积的值后将其显示出来。5使用debug调试功能观察任务4程序运行中变量值的变化情况。四、实验步骤1建立一个控制台应用项目lab2_1，向其中添加一个C+源文件lab2_1.cpp，编译、编辑、运行程序，观察输出结果是否正确。lab2_1.cpp示例代码如下：#includevoid main()int i(1), sum(0); /此句与int i=1,sum=0;等价do sum+=i;i+; while(i=100);coutsum=sumendl;2程序正确运行之后，在源程序第一行” #include”前面加注释标记”/”使之成为注释行，重新编译，会出现类似于下面内容的错误提示：E:yhzlab1_1.cpp(4) : error C2065: cout : undeclared identifierE:yhz lab1_1.cpp(4) : error C2297: : illegal, right operand has type char 8E:yhz lab1_1.cpp(5): error C2297: : illegal, right operand has type char 17Error executing cl.exe.lab1_1.exe - 3 error(s), 0 warning(s)这是因为C+语言本身没有输入/输入语句，只是C+编译系统带有一个面向对象的I/O流类库。cout和cin老师这个类库预定义的流对象，#include指示编译器在对程序进行预处理时，将头文件iostream.h中的代码嵌入到该程序中该指令所在的地方，文件iostream.h中声明了程序所需要的输入和输出操作的有关信息。注意：在C+程序中如果使用了系统中提供了一些功能，就必须包含相关的头文件，否则，系统无法找到实现这些函数功能的代码。删除注释标识后，恢复程序正确。3另建立一个项目（必须如此，如果只是在项目lab2_1中添加一个C+源程序lab2_2.cpp，编译成可执行程序时会出错）lab2_2，包含一个C+源程序lab2_2.cpp，将do-while语句用for语句代替，来完成与实验任务1相同的功能。lab2_2.cpp示例代码如下：#includevoid main() int i, sum=0; for(i=1; i=100; i+) sum+=i; cout sum= sum endl;4另建立一个项目lab2_3，包含一个C+源程序lab2_3.cpp，计算并显示表达式1-2+3-4+99-100的值。lab2_3.cpp示例代码如下：#includevoid main() int i, sum=0,flag=1; for(i=1; i=100; i+)sum+=i*flag;flag=flag*-1; cout sum= sum endl;5建立项目lab2_5，包含一个C+源程序lab2_5.cpp，计算图形的面积。圆的面积公式为S=PI*r*r，长方形的面积公式为S=a*b，正方形的面积公式为S=a*a。程序中定义一个整形变量iType表示图形的类型，用cout语句输出提示信息让用户选择图形的类型，用cin读入iType的值，然后，使用switch语句判断图形的类型，分别提示用户输入需要的参数值，计算出面积的值后用cout语句显示。最后，编译运行程序。lab2_5.cpp示例代码如下：#include const float PI = 3.1416;void main()int iType;float radius, a, b, area;cout iType;switch(iType)case 1:cout radius;area = PI * radius * radius;cout面积为：areaendl;break;case 2:cout a;cout b;area = a * b; cout面积为：areaendl;break;case 3:cout a;area = a * a; cout面积为：areaendl;break;default:cout 不是合法的输入值!endl;6通过对lab2_4.cpp进行跟踪分析，学习简单的debug调试功能。说明：源程序编写完成后，可能有两类错误，一类是语法错误，这可以在编译连接阶段由编译系统发现并指出错误位置与信息，用户分析这些信息修改这类错误；另一类是运行错误，往往表现为运行结果与预期的不一致，甚至运行中止或发生死机，要寻找这类错误的位置与原因，从而排除错误，就需要对程序进行运行时调试，这可以通过设置断点、单步运行、观察变量和表达式的值等方式实现。1）在lab2_4.cpp中语句cout 图形的类型为?(1-圆形 2-长方形 3-正方形):处设置调试断点。用鼠标右键单击该行左边的空白处，将出现一个菜单（如图21所示），选择Insert|Remove Breakpoint选项，可看到左边出现了一个褐色的圆点，表示已经在这里设置了一个断点。所谓断点就是程序运行时的暂停点，程序运行到断点处便暂停，这样我们可以观察程序的执行流程，以及执行到该断点处时有关变量的值。图21添加断点2）然后选择菜单命令Build|Start Debug|Go，或按下快捷键F5，系统进入调试状态，程序开始运行，并出现一个DOS窗口，此时，Visual Studio的外观如图22所示，程序暂停在断点处。3）单步执行：从Debug菜单单击Step Over，或按下快捷键F10两次。在程序运行的DOS窗口中输入选择的图形类型，例如，输入3。回到Visual Studio中，把鼠标放在变量名iType上片刻，可以看到出现了一个提示：iType=3；此时，在Variables窗口中也可看到iType以及其他变量的值。注意：单步执行时每次执行一行语句，便于跟踪程序的执行流程。因此为了调试方便，需要单步执行的语句不要与其他语句写在一行中。4）在watch窗口中，在Name栏中输入iType，按回车键，可看到Value栏中出现3，这是变量iType现在的值（如果没有看到Variable窗口或Watch窗口，可通过View菜单的Debug Windows|Variable或Debug Windows|Watch选项打开它们）。图23是此时Variables窗口和Watch窗口的状态。图22状态下的Visual Studio图23Varibles窗口和Watch窗口的状态5）继续执行程序，参照上述的方法，再试试Debug菜单栏中别的菜单项，熟悉Debug的各种方法。7建立一个项目lab_5，包含一个C+源程序lab2_4.cpp。定义一个表示时间的结构体，有表示年、月、日、小时、分、秒的成员，可以使用short类型；在主程序中实现输入输出。lab2_4.cpp示例代码如下：#include #include struct myTimeshort year;short month;short day;short hour;short minute;short second;void main()myTime time1;cout time1.year;cout time1.month;cout time1.day;cout time1.hour;cout time1.minute;cout time1.second;cout 现在是 time1.year 年 time1.month 月 time1.day 日 time1.hour 点 time1.minute 分 time1.second 秒 endl;实验三函数的应用一、 实验目的1 掌握函数的定义和调用方法。2 练习重载函数的使用。3 练习使用系统函数。4 学习使用VC+的debug功能，分析递归调用过程。二、 实验课时4学时三、 实验任务1编写一个函数把华氏温度转换为摄氏温度，转换公式为：C=(F-32)*5/9。2编写重载函数max1可分别求取两个整数，三个整数，两个浮点数，有一个浮点数的最大值。3使用系统函数pow(x,y)计算xy的值，注意包含头文件math.h。4用递归算法求N!的值（N10），观察递归调用的过程。四、 实验步骤1编写函数float Convert(float TempFer)，参数和返回类型值都为float类型，实现算法C=(F-32)*5/9，在main()函数中实现输入、输出。示例程序lab3_1.cpp如下：#include float Convert(float);int main() float TempFer; float TempCel; cout TempFer; TempCel = Convert(TempFer); cout nHeres the temperature in Celsius: ; cout TempCel endl; return 0;float Convert(float TempFer) float TempCel; TempCel = (TempFer - 32) * 5) / 9; return TempCel;2分别编写四个同名函数max1，实现函数重载，在main()函数中测试函数功能。示例程序lab3_2.cpp如下：#include int max1(int x, int y)return (xy?x:y);int max1(int x, int y, int z)int t=max1(x,y);return (tz?t:z);float max1(float x, float y)return (xy?x:y);float max1(float x, float y, float z)float t=max1(x,y);return (tz?t:z);void main()int x1, x2;float d1, d2;x1 = max1(5,6);x2 = max1(2,3,4);d1 = max1(float(2.1), float(5.6);d2 = max1(float(12.3), float(3.4),float(7.8);cout x1= x1 endl;cout x2= x2 endl;cout d1= d1 endl;cout d2= d2 endl;3在main（）函数中提示输入两个整数x、y，使用cin语句得到x、y的值，调用pow(x,y)函数计算xy的结果，再显示出来。示例程序lab3_3.cpp如下：#include #include void main()int x, y;cout x;cout y;cout x 的 y 次幂为： pow(x,y) endl;4编写递归函数int fun(int n)，在主程序中输入n的值，调用fun函数计算机n!的值。使用if语句判断函数的出口，在程序中用cout语句输出提示信息。示例程序lab3_4.cpp如下：#include int fun(int n)int f;if(n=1)f=1;else f=fun(n-1)*n;return f;void main(void)int n,answer;cout请输入一个整数0nn;answer=fun(n);coutn!=answerendl;5使用debug中的Step Into追踪到函数内部，观察函数的调用过程。调试操作步骤如下：1）选择菜单命令Build|Start Debug|Step in，或按下快捷键F11，系统进入单步执行状态，程序开始运行，并出现一个DOS窗口，此时Visual Studio中光标停在main()函数的入口处。2）把光标移到语句answer=fun(n)前，从Debug菜单单击Run to Cursor，在程序运行的DOS窗口中按提示输入数字（如5），回到Visual Studio中，光标将停在该语句所在行，观察n及其他变量的值（观察方法见实验二）。3）从Debug菜单或Debug工具栏中单击Step Into，或按下F11，程序进入fun函数，观察n，f及其他相关变量的值。重复上述操作，直到退出fun函数，分析程序的执行过程，加深对函数调用和递归调用的理解。4）再试试Debug菜单栏中的菜单项，熟悉Debug的各种方法。实验四类与对象一、 实验目的1 掌握类的定义和使用。2 掌握类的对象的声明。3 复习具有不同访问属性的成员的访问方式。4 观察构造函数和析构函数的执行过程。5 使用VC+的debug调试功能观察程序流程，跟踪观察类的构造函数、析构函数、成员函数的执行顺序。二、 实验课时4学时三、 实验任务1定义一个CPU类，包含等级（rank）、频率（frequency）、电压（voltage）等属性，有两个公有成员函数run(提示信息“CPU开始运行”)、stop(提示信息“CPU停止运行”)。其中，为枚举类型CPURank，定义为enum CPU_RankP1=1,P2,P3,P4,P5,P6,P7，frequency为单位是MHz的整型数，voltage为浮点型的电压值。在main函数中定义该类的一个对象，并调用其公有成员函数，观察构造函数和析构函数的调用顺序。试试能不能在主函数中打印该对象的属性值，并分析原因。2在上述CPU类中添加成员函数，分别用于设置及获取各属性的值，并在main函数中调用这些函数。观察当这些函数被设置成private或public时会有什么不同。3定义一个简单的Computer类，有数据成员芯片（cpu）、内存（ram）、光驱（cdrom）等，有两个公有成员函数run、stop。cpu为CPU类的一个对象，ram为RAM类的一个对象，cdrom为CDROM类的一个对象。CPU类的定义见实验任务1，RAM、CDROM类可以自由设置一些属性，并提供类似的run、stop这两个成员函数。在main函数中测试这个类，分析成员函数的运行顺序。4定义一个Point类，属性为坐标X、Y的值，包含有如下成员函数：构造函数、析构函数、拷贝构造函数、设置与获取X和Y的值的函数，并测试之。四、 实验步骤1首先定义枚举类型CPU_Rank，再定义CPU类，包含等级、频率、电压等私有数据成员，定义成员函数run、stop，用来输出提示信息，在构造函数和析构函数中也可以输出提示信息。在主程序中定义一个CPU的对象，调用其成员函数，观察类对象的构造与析构顺序，以及成员函数的调用。示例程序lab4_1.cpp代码如下：#include enum CPU_Rank P1=1,P2,P3,P4,P5,P6,P7;class CPUprivate:CPU_Rank rank;int frequency;float voltage;public: CPU (CPU_Rank r, int f, float v)rank = r;frequency = f;voltage = v;cout 构造了一个CPU! endl;CPU () cout 析构了一个CPU! endl; void Run() cout CPU开始运行! endl; void Stop() cout CPU停止运行! endl; ;void main()CPU a(P6,300,2.8);a.Run();a.Stop();2使用debug调试功能观察程序lab4_1.cpp的运行流程，跟踪观察类的构造函数、析构函数、成员函数的执行顺序。调试方法参考前面的介绍。3测试能否在main函数中获取类的对象的属性值，并分析原因。为CPU类添加一些函数，以设置和获取类的对象的属性的值，如用GetRank获取rank的值，用SetRank设置rank的值。并在主函数中测试它们。分别将这些函数设置成private或public，看看结果如何，进而分析成员的不同访问属性的差别。4首先定义CPU类、RAM类、CDROM类。再定义computer类：定义私有数据成员cpu、ram、cdrom，定义公有成员函数run、stop，可在其中输出提示信息。在主程序中定义一个computer的对象，调用其成员函数，观察类对象及其成员的构造与析构顺序，以及成员函数的调用。并使用debug功能观察程序的运行流程。示例程序lab4_2.cpp代码如下：#include enum CPU_Rank P1=1,P2,P3,P4,P5,P6,P7;class CPUprivate:CPU_Rank rank;int frequency;float voltage;public: CPU (CPU_Rank r, int f, float v)rank = r;frequency = f;voltage = v;cout 构造了一个CPU! endl;CPU()cout 构造了一个CPU! endl;CPU () cout 析构了一个CPU! endl; void Run() cout CPU开始运行! endl; void Stop() cout CPU停止运行! endl; ;class RAMpublic: RAM ()cout 构造了一个RAM! endl; RAM () cout 析构了一个RAM! endl; void Run() cout RAM开始运行! endl; void Stop() cout RAM停止运行! endl; ;class CDROMpublic: CDROM ()cout 构造了一个CDROM! endl; CDROM () cout 析构了一个CDROM! endl; void Run() cout CDROM开始运行! endl; void Stop() cout CDROM停止运行! endl; ;class COMPUTERprivate:CPU cpu;RAM ram;CDROM cdrom;public:COMPUTER()cout 构造了一个COMPUTER! endl;COMPUTER () cout 析构了一个COMPUTER! endl; void Run() cout COMPUTER开始运行! endl;cpu.Run();ram.Run();void Stop() ram.Stop();cpu.Stop();cout COMPUTER停止运行! endl; ;void main()COMPUTER a;a.Run();a.Stop();5定义类Point，并测试之。用Debug功能跟踪构造函数的调用。示例程序lab4_2.cpp代码如下：#include class Pointprivate:int X,Y;public:Point(int xx=0,int yy=0)X=xx;Y=yy;Point(Point &p);int GetX() return X;int GetY() return Y;Point:Point(Point &p)X=p.X;Y=p.Y;cout拷贝构造函数被调用endl;void main(void)Point A(4,5);Point B(A);coutA.GetX()endl;coutB.GetX()endl;实验五 C+程序的结构一、 实验目的1 观察程序运行中变量的作用域、生存期和可见性。2 学习类的静态成员的使用。3 学习多文件结构在C+程序中的使用。二、 实验课时2学时三、 实验任务1输入、编译、运行程序lab5_1.cpp，观察变量x、y的值。2改写实验四中的Point类。在Point.h中定义类的属性及成员函数申明； 在Point.cpp中定义类的成员函数实现；在lab5_2.cpp中测试这个类。注意多文件结构的编译、编辑方法、头文件的包含关系，观察相应的成员变量取值的变化情况。3. 定义一个 Cat类，拥有静态数据成员CountOfCats，记录Cat的个体数目；静态成员函数 GetNumOfCats（）读取CountOfCats的值。设计程序测试这个类，体会静态数据成员和静态成员函数的用法。4. 定义Boat和Car两个类，二者都有weight属性，定义二者的一个友元函数totalWeight()，计算二者的重量和。四、 实验步骤1运行lab5_1.cpp程序，观察程序输出，加深对全局变量、局部变量的作用域、生存期的理解。示例程序lab5_1.cpp代码如下：include void fn1(); int x = 1, y = 2; int main()cout Begin. endl; cout x = x endl; cout y = y endl;cout Evaluate x and y in main(). endl;int x = 10, y = 20; cout x = x endl; cout y = y endl;cout Step into fn1(). endl; fn1(); cout Back in main endl; cout x = x endl; cout y = y endl; return 0;void fn1()int x=-1,y=-2;cout”x=”xendl;cout”y=”yendl;2新建一个空的项目lab5_2，添加头文件Point.h，在其中定义类Point；再添加源程序文件Point.cpp，在其中实现Point类，并练习使用静态成员变量；再添加文件lab5_2.cpp，在其中定义main()函数，测试Point类。注意多文件情况下头文件的相互包含关系（试着依次注释掉头文件，编译看看出现什么结果；考虑是否有其他的添加头文件的方式，并比较其异同），观察相应的成员变量取值的变化情况。示例项目lab5_2代码如下：/Point.hclass Pointprivate:int X,Y;public:Point(int xx=0,int yy=0);Point(Point &p);int GetX() return X;int GetY() return Y;/Point.cpp#include Point.h#include Point:Point(int xx,int yy)X=xx;Y=yy;Point:Point(Point &p)X=p.X;Y=p.Y;cout拷贝构造函数被调用endl;/lab5_2.cpp#include Point.h#include void main(void)Point A(4,5);Point B(A);coutA.GetX()endl;coutB.GetX()endl;3.示例程序#include class Catpublic:Cat()NumOfCats+; Cat() NumOfCats-; static int GetNumOfCats() return NumOfCats; static int NumOfCats;int Cat:NumOfCats = 0;int main()Cat c1,c2;coutCat:GetNumOfCats()endl;4.示例程序#includeclass Car;class Boatpublic: Boat(int iWeight) weight = iWeight ; private: float weight ; friend float addw(Boat boat,Car car);class Carpublic: Car(int iWeight) weight = iWeight ; private: float weight ; friend float addw(Boat boat,Car car);float addw(Boat boat,Car car) return boat.weight + car.weight ;void main() Boat boat(5); Car car(10); float weight = addw(boat,car); coutweightendl;实验六数组、指针与字符串一、 实验目的1 学习使用数组。2 学习字符串数据的组织和处理。3 学习标准C+库的使用。4 掌握指针的基本使用方法。5 练习通过debug观察指针的内容及其所指的对象的内容。6 练习使用new动态分配内存定义数组，并体会指针在其中的作用。7 分别使用字符数组和标准C+库练习处理字符串的方法。二、 实验课时4学时三、 实验任务1编写并测试3*3矩阵转置函数，使用数组保存3*3矩阵。2使用new动态分配内存生成数组来实现上题中函数的功能。3编程实现两字符串的连接。要求使用字符数组保存字符串，不要使用系统函数。4使用string类定义字符串对象，实现两个字符串的比较、连接等功能。四、 实验步骤1编写矩阵转置函数，输入参数为3*3整型数组，使用循环语句实现矩阵元素的行与列对调，注意在循环语句中究竟需要对哪些元素进行操作，编写main函数实现输入、输出。并使用debug对跟踪数组的值。示例程序lab6_1.cpp代码如下：#include void move (int matrix33)int i, j, k;for(i=0; i3; i+)for (j=0; ji; j+)k = matrixij;matrixij = matrixji;matrixji = k;void main()int i, j;int data33;cout 输入矩阵的元素 endl;for(i=0; i3; i+)for (j=0; j3; j+)cout 第 i+1 行第 j+1 dataij;cout 输入的矩阵的为： endl;for(i=0; i3; i+)for (j=0; j3; j+)cout dataij ;cout endl;move(data);cout 转置后的矩阵的为： endl;for(i=0; i3; i+)for (j=0; j3; j+)cout dataij ;cout endl;或者：#include void move (int matrix3)int i, j, k;for(i=0; i3; i+)for (j=0; ji; j+)k = matrixij;matrixij = matrixji;matrixji = k;void main()int i, j;int (*p)3;p= new int33;cout 输入矩阵的元素 endl;for(i=0; i3; i+)for (j=0; j3; j+)cout 第 i+1 行第 j+1 pij;cout 输入的矩阵的为： endl;for(i=0; i3; i+)for (j=0; j3; j+)cout pij ;cout endl;move(p);cout 转置后的矩阵的为： endl;for(i=0; i3; i+)for (j=0; j3; j+)cout pij ;cout endl;2改写矩阵转置函数，参数为整型指针，使用指针对数组元素进行操作，在main函数中使用new操作符分配内存生成动态数组。通过Debug观察指针的内容及其所指的对象的内容。并使用debug跟踪指针的值及其所指的对象的值。示例程序lab6_2.cpp代码如下：#include void move (int *matrix)int i, j, k;for(i=0; i3; i+)for (j=0; ji; j+)k = *(matrix + i*3 + j);*(matrix + i*3 + j) = *(matrix + j*3 + i);*(matrix + j*3 + i) = k;void main()int i, j;int *p = new int3*3;cout 输入矩阵的元素 endl;for(i=0; i3; i+)for (j=0; j3; j+)cout 第 i+1 行第 j+1 pi*3 + j;cout 输入的矩阵的为： endl;for(i=0; i3; i+)for (j=0; j3; j+)cout pi*3 + j ;cout endl;move(p);cout 转置后的矩阵的为： endl;for(i=0; i3; i+)for (j=0; j3; j+)co