实
验
报
告
课程名称
程序设计语言 C/C++
实验项目
运算符重载
一、 实验目的
1、 理解重载运算符的意义；
2、 掌握成员函数、友元函数重载运算符的定义及使用方法；
3、 掌握动态联编、虚函数、纯虚函数和抽象类的概念； 4、 掌握虚函数、纯虚函数和抽象类的定义及使用方法。
二、 实验内容
1.上机分析下面程序，掌握运算符重载的方法。
要求：
（1）给出实验结果； （2）掌握重载“+、-、—、=”运算符重载的方法。
#include <iostream> using namespace std;
class COMPLEX
{
public:
COMPLEX(double r = 0, double i = 0);
//构造函数
COMPLEX(const COMPLEX& other);
//拷贝构造函数
void print();
//打印复数
COMPLEX operator +(const COMPLEX& other);
//重载加法运算符（二元）
COMPLEX operator -(const COMPLEX& other);
//重载减法运算符（二元）
COMPLEX operator -();
//重载求负运算符（一元）
COMPLEX operator =(const COMPLEX& other);
//重载赋值运算符（二元）
protected:
double real, image;
// 复数的实部与虚部
};
COMPLEX::COMPLEX(double r,double i) {
real=r;
image=i; }
COMPLEX::COMPLEX(const COMPLEX& other)
{
real=other.real;
image=other.image; }
void COMPLEX::print() {
cout<<real;
if(image>0)
cout<<"+"<<image<<"i";
else if(image<0)
cout<<image<<"i";
cout<<endl; }
COMPLEX
COMPLEX::operator +(const COMPLEX& other) {
COMPLEX temp;
temp.real=real+other.real;
//real=real+other.real;
temp.image=image+other.image;
//image=image+other.image;
return temp;
//*this; }
COMPLEX COMPLEX::operator -(const COMPLEX& other) {
COMPLEX temp;
temp.real=real-other.real;
temp.image=image-other.image;
return temp;
}
COMPLEX COMPLEX::operator -() {
COMPLEX temp;
temp.real=-real;
temp.image=-image;
return temp; }
COMPLEX COMPLEX::operator =(const COMPLEX& other) {
real=other.real;
image=other.image;
return *this;
//返回对象值 }
int main()
{
COMPLEX c1(1, 2);
// 定义一个值为 1 + 2i 的复数 c1
COMPLEX c2(2);
// 定义一个值为 2 的复数 c2
COMPLEX c3(c1);
// 用 COMPLEX(const COMPLEX& other)创建一个值同 c1 的新复数
c3.print();
// 打印 c3 原来的值
c1=c1+c2+c3;
// 将 c1 加上 c2 再加上 c3 赋值给 c1
c2=-c3;
// c2 等于 c3 求负
c3=c2-c1;
// c3 等于 c2 减去 c1
c3.print();
// 再打印运算后 c3 的值
cout<<sizeof(c1)<<endl;
return 0;
} 2. 上机分析下面程序，给出输出结果。
要求：
（1）给出实验结果；
（2）掌握友元运算符重载的基本方法：通过重载 cout 语句，可使用 cout 输 出对象的数据成员值的方法。
#include<iostream.h> class T {
int x,y;
public:
T(int a,int b)
{x=a;y=b;}
friend ostream & operator<<(ostream &os, T &a); };
ostream & operator<<(ostream &os,T &a) { os<<"x="<<a.x<<"
y="<<a.y;
return os; }
void main() {
T a(1,2);
cout<<a<<endl; }
3、上机分析下面程序，掌握抽象类、纯虚函数以及动态绑定的定义和使用。
要求：
（1）给出实验结果；
（2）掌握抽象类、纯虚函数以及动态绑定的方法。
// shape.h 文件 定义抽象基类 Shape
#ifndef SHAPE_H #define SHAPE_H class Shape {
public:
virtual double Area() const
{
return 0.0;
}
// 纯虚函数，在派生类中重载
virtual void PrintShapeName() const = 0;
virtual void Print() const = 0; }; #endif
// point.h 文件 定义类 Point #ifndef POINT_H #define POINT_H #include <iostream> using namespace std; class Point : public Shape {
int x, y;
//点的 x 和 y 坐标
public:
Point( int = 0, int = 0 );
// 构造函数
void SetPoint( int a, int b );
// 设置坐标
int GetX() const // 取 x 坐标
{
return x;
}
int GetY() const // 取 y 坐标
{
return y;
}
virtual void PrintShapeName() const
{
cout << "Point: ";
}
virtual void Print() const; //输出点的坐标 }; #endif
// Point.cpp 文件
Point 类的成员函数定义
#include <iostream> using namespace std;
Point::Point( int a, int b ) : x( a ), y( b )
{ } void Point::SetPoint( int a, int b )
{
x = a;
y = b; }
void Point::Print() const
{
cout << "[" << x << ", " << y << "]"; }
// circle.h 定义类 Circle
#ifndef CIRCLE_H
#define CIRCLE_H
#include <iostream> using namespace std;
class Circle : public Point
{
double radius;
public:
Circle(int x = 0, int y = 0, double r = 0.0);
void SetRadius( double r );
//设置半径
double GetRadius() const;
//取半径
virtual double Area() const;
//计算面积 a
virtual void Print() const;
//输出圆心坐标和半径
virtual void PrintShapeName() const
{
cout << "Circle: ";
}
};
#endif
// circle.cpp 文件
circle 类的成员函数定义
Circle::Circle(int a,int b,double r): Point(a,b), radius( r )
{ }
void Circle::SetRadius( double r )
{
radius = ( r >= 0 ? r : 0 );
}
double Circle::GetRadius() const
{
return radius;
}
double Circle::Area() const
{
return 3.14159 * radius * radius; }
void Circle::Print() const
{
cout << "Center = ";
Point::Print();
cout << "; Radius = " << radius << endl;
}
//main.cpp 文件 演示图形类
#include <iostream>
using namespace std;
void virtualViaPointer( const Shape * );
void virtualViaReference( const Shape & );
int main()
{
Point point(30,50);
//创建 point、circle 对象
Circle circle(120,80,10.0);
point.PrintShapeName();
//输出 point、circle、rectangle 对象信息
point.Print();
cout << endl;
circle.PrintShapeName();
circle.Print();
Shape *arrayOfShapes[2];
//定义基类对象指针
arrayOfShapes[ 0 ] = &point;
arrayOfShapes[ 1 ] = &circle;
cout << "Virtual function calls made off " << "base-class pointers\n";
//通过基类对象指针访问派生类对象
for ( int i = 0; i < 2; i++ )
{
virtualViaPointer( arrayOfShapes[ i ] );
}
cout << "Virtual function calls made off " << "base-class references\n";
for ( int j = 0; j < 2; j++ )
{
virtualViaReference( *arrayOfShapes[ j ] );
}
return 0; } void virtualViaPointer( const Shape *baseClassPtr )
//通过基类对象指针访问虚函数实现动态绑定
{
baseClassPtr->PrintShapeName();
baseClassPtr->Print();
cout << "Area = " << baseClassPtr->Area() << endl;
} //通过基类对象引用访问虚函数实现动态绑定
void virtualViaReference( const Shape &baseClassRef ) {
baseClassRef.PrintShapeName();
baseClassRef.Print();
cout << "Area = " << baseClassRef.Area() << endl; } 4、上机完成下面实验。
声明一个 Shape（形状）基类，它有两个派生类：Circle（圆）和 Square（正方形），要求利用多态性的概念，分别以虚函数的形式完成对圆和正方形的周长及面积的计算。
要求：Shape 类的数据成员包括中心点的坐标，Circle 类和 Square 类初始值分别给出：
圆的圆心和半径；正方形的中心和一个顶点。
【实例编程】（参考）
实数矩阵类 //头文件 MatrixException.h
#include <stdexcept>
#include <string>
using namespace std;
class MatrixException : public logic_error
{
public:
MatrixException(const string& s) : logic_error(s)
{}
};
class Singular: public MatrixException
{
public:
Singular(const string& s) : MatrixException("Singular: "+s)
{}
}; class InvalidIndex: public MatrixException
{
public:
InvalidIndex(const string& s) : MatrixException("Invalid index: "+s)
{}
};
class IncompatibleDimension: public MatrixException
{
public:
IncompatibleDimension(const string& s) : MatrixException("Incompatible Dimensions: "+s)
{} };
//头文件 Matrix.h //#include "MatrixException.h"
class Matrix
{
private:
double* elems;
// 存放矩阵中各元素，按行存放
int row, col;
// 矩阵的行与列
protected:
double rowTimesCol(int i, const Matrix &b, int j ) const;
//矩阵的第 i 行矩阵 b 的第 j 列相乘
public:
Matrix(int r, int c);
Matrix(double* m, int r, int c);
Matrix( const Matrix &m );
~Matrix();
//重载运算符" ="，实现矩阵赋值，若进行运算的矩阵维数不同，抛出 IncompatibleDimension 异常
Matrix& operator =(const Matrix& b) throw(IncompatibleDimension);
//重载运算符"( )"，用来返回某一个矩阵元素值,若所取矩阵下标非法，抛出 InvalidIndex 异常
double& operator () (int i, int j) throw(InvalidIndex);
const double& operator () (int i, int j) const throw(InvalidIndex);
//给矩阵元素赋值，若所设置矩阵元素下标非法，抛出 InvalidIndex 异常
void SetElem(int i, int j, double val) throw(InvalidIndex);
//重载运算符"*"，实现矩阵相乘, 若前一个矩阵的列数不等于后一个矩阵的行数，抛出 IncompatibleDimension 异常
Matrix operator *(const Matrix& b) const throw(IncompatibleDimension);
//重载运算符" +"，实现矩阵相加,若进行运算的矩阵维数不同，抛出 IncompatibleDimension 异常
Matrix operator +(const Matrix& b) const throw(IncompatibleDimension);
//重载运算符" -"，实现矩阵相减//若进行运算的矩阵维数不同，抛出 IncompatibleDimension 异常
Matrix operator -(const Matrix& b) const throw(IncompatibleDimension);
void Print() const;
//按行显示输出矩阵中各元素
};
//成员函数的定义文件 Matrix.cpp
#include <iostream>
#include <strstream>
#include <string>
//#include "Matrix.h"
using namespace std;
string int2String(int i)
//将整型数转换为 String 类型
{
char buf[64];
ostrstream mystr(buf, 64);
mystr << i << "\0";
return string(buf);
}
Matrix::Matrix(int r, int c)
{
if ( r > 0 && c > 0 )
{
row = r;
col = c;
elems = new double[r * c]; //为矩阵动态分配存储
}
else
{
elems = NULL;
row=col=0;
}
} Matrix::Matrix( double* m, int r, int c )
{
if ( r > 0 && c > 0 )
{
row = r;
col = c;
elems = new double[r * c];
}
else
{
elems = NULL;
row=col=0;
}
if ( elems != NULL )
{
for (int i=0; i < r*c; i++)
{
elems[i] = m[i];
}
}
}
Matrix::Matrix( const Matrix &m ) : row( m.row ), col( m.col ) {
if ( NULL == m.elems )
{
elems = NULL;
}
else
{
int total = row*col;
elems = new double[total];
for( int i = 0; i < total; ++i )
{
elems[i] = m.elems[i];
}
}
}
Matrix::~Matrix()
{
delete []elems; //释放矩阵所占的存储
} Matrix& Matrix::operator =(const Matrix& b)
throw(IncompatibleDimension)
{
if( this == &b )
{
return *this;
}
if ( col != b.col || row !=b.row
)
{
throw( IncompatibleDimension(" Matrix "+int2String(row)
+ " x " + int2String(col) + " equails matrix "
+ int2String(b.row) + " x " + int2String(b.col)+".") );
}
row = b.row;
col = b.col;
delete []elems;
if ( NULL == b.elems )
{
elems = NULL;
}
else
{
int total = row*col;
elems = new double[total];
for( int i = 0; i < total; ++i )
{
elems[i] = b.elems[i];
}
}
return *this;
} //重载运算符"( )"可以由给出的矩阵行列得到相应的矩阵元素值。之所以重载"( )"而不是"[]"，是因为避免数组 elems 所造成的二义性
double& Matrix::operator () (int r, int c) throw(InvalidIndex)
{
if ( r<0 || r>=row || c<0 || c>=col )
{
throw( InvalidIndex(string("Get Element(")
+ int2String(r) + "," + int2String(c) + ")"
+ " from ("
+ int2String(row) + " x "
+ int2String(col) + ")" + " matrix." ) );
}
return elems[r*col+c];
}
const double& Matrix::operator () (int r, int c) const throw(InvalidIndex)
{
if ( r<0 || r>=row || c<0 || c>=col )
{
throw( InvalidIndex(string("Get Element(")
+ int2String(r) + "," + int2String(c) + ")"
+ " from ("
+ int2String(row) + " x "
+ int2String(col) + ")" + " matrix." ) );
}
return elems[r*col+c];
}
void Matrix::SetElem(int r, int c, double val) throw(InvalidIndex)
{
if ( r<0 || r>=row || c<0 || c>=col )
{
throw(InvalidIndex(string("Set Element(")
+ int2String(r) + "," + int2String(c) + ")"
+ " for ("
+ int2String(row) + " x "
+ int2String(col) + ")" + " matrix." ) );
}
elems[r*col+c] = val;
}
Matrix Matrix::operator*(const Matrix& b) const throw(IncompatibleDimension)
{
if ( col != b.row )
// incompatible dimensions
{
throw(IncompatibleDimension(" Matrix "+int2String(row)
+ " x " + int2String(col) + " times matrix "
+ int2String(b.row) + " x " + int2String(b.col)+"."));
}
Matrix ans(row, b.col);
for (int r=0 ; r < row ; r++)
{
for (int c=0 ; c < b.col; c++)
{
ans.SetElem(r, c, rowTimesCol(r, b, c) );
}
}
return ans; }
Matrix Matrix::operator +(const Matrix& b) const throw(IncompatibleDimension)
{
if ( col != b.col || row !=b.row
)
{
throw(IncompatibleDimension(" Matrix "+int2String(row)
+ " x " + int2String(col) + " adds matrix "
+ int2String(b.row) + " x " + int2String(b.col)+"."));
}
Matrix ans(row, col);
for (int r=0 ; r < row ; r++)
{
for (int c=0 ; c < col; c++)
{
ans.SetElem(r, c, elems[r*col+c]+b.elems[r*col+c]);
}
}
return ans;
}
Matrix Matrix::operator -(const Matrix& b) const throw(IncompatibleDimension)
{
if ( col != b.col || row !=b.row
)
{
throw( IncompatibleDimension(" Matrix "+int2String(row)
+ " x " + int2String(col) + " minus matrix "
+ int2String(b.row) + " x " + int2String(b.col)+".") );
}
Matrix ans(row, col);
for (int r=0 ; r < row ; r++)
{
for (int c=0 ; c < col; c++)
{
ans.SetElem(r, c, elems[r*col+c]-b.elems[r*col+c]);
}
}
return ans; }
void Matrix::Print() const
{
for (int i = 0; i < row; i++)
{
for (int j = 0; j < col-1; j++)
{
cout << elems[i*col+j] << "\t";
}
cout << elems[i*col+col-1];
cout<<endl;
}
cout<<endl;
}
double Matrix::rowTimesCol( int i, const Matrix &b, int j ) const
{
double sum=0.0;
for (int k = 0; k < col; k++)
{
sum += elems[i*col+k] * b.elems[k*b.col+j];
}
return sum; }
//测试文件 MatrixMain.cpp
#include <iostream>
//#include "Matrix.h"
using namespace std;
int main()
{
try
{
//创建矩阵对象
double a[20]= {1.0, 3.0, -2.0, 0.0, 4.0, -2.0, -1.0, 5.0, -7.0, 2.0, 0.0, 8.0, 4.0, 1.0, -5.0, 3.0, -3.0, 2.0, -4.0, 1.0};
double b[15]= {4.0, 5.0, -1.0, 2.0, -2.0, 6.0, 7.0, 8.0, 1.0, 0.0, 3.0, -5.0, 9.0, 8.0, -6.0};
Matrix x1(a, 4, 5);
cout<<"the matrix of x1 is:"<<endl;
x1.Print();
Matrix y1(b, 5, 3);
cout<<"the matrix of y1 is:"<<endl;
y1.Print();
Matrix z1 = x1*y1;
//两个矩阵相乘
cout<<"the matrix of z1=x1*y1 is:"<<endl;
z1.Print();
Matrix x2(2, 2);
x2.SetElem(0, 0, 1.0); //为矩阵对象添加元素
x2.SetElem(0, 1, 2.0);
x2.SetElem(1, 0, 3.0);
x2.SetElem(1, 1, 4.0);
cout<<"the matrix of x2 is:"<<endl;
x2.Print();
cout<<"x1*x2 is:"<<endl;
x1*x2;
//两个维数不匹配矩阵相乘，产生异常
cout<<"x1-x2 is:"<<endl;
x1-x2;
//两个维数不匹配矩阵相减，产生异常
cout<<"Set a new element for x1:"<<endl;
x1.SetElem (7, 8, 30);
//设置矩阵元素超界，产生异常
cout<<"Get a element from x1:"<<endl;
x1(4, 5);
// 取不存在的矩阵元素，产生异常
}
catch(MatrixException& e)
{
cout << e.what() << endl; //获取异常信息
}
return 0;
} 三、实验 步骤 及结果分析
1. 程序的类结构图为：
COMPLEX
#real:double #image:double +COMPLEX(double r=0,double i=0) +COMPLEX(const COMPLEX &other) +print():void
+operator+(const COMPLEX &other): COMPLEX +operator-(const COMPLEX &other) : COMPLEX +operator-(): COMPLEX +operator=(const COMPLEX &other) : COMPLEX
运行结果
2. 程序的类结构图为：
T T
x, y:int
+T(int a,int b)
+&operator<<(ost ream &os,T &a):friend ostream
运行结果
3. 程序的类结构图为：
Shape
+ +A A rea():virtual double
const
+PrintShapeName():virtual void
const
+Print():virtual void
const
Point x,y:int +Point(int=0,int=0)
+SetPoint (in t a,int b):void
+GetX():int const
+G etY():int const
+PointShapeName():virtual void const
+Print():virtual void const
Circle
r r adius:double
+ + Circle(int x=0,int y=0,double r=0.0)
+ + SetRadius(double r):void
+ + GetRadius():double const
+ + Area():virtual dou ble con st
+ + Print():virtual void const
+ + PrintShapeName():virtual void const
运行结果
4. 程序的类结构图为：
Shape1 1
#x_size,y_size:double
+Shape1 1 (double x,double y)
+area():virtual double
+perimeter():virtual double e
+print():virtual void
相关代码：
#include<iostream>
using namespace std; class Shape1 {
protected:
double x_size,y_size;
public:
Shape1(double x,double y);
// 构造函数
virtual double area()
// 纯虚函数，在派生类中重载
{
return 0.0; Circle1 1
#radiu s:double
+Ci rcle 1 (double e
x=0.0,double y=0.0,double r=0.0)
+set_radius(double r=0.0):void
+get_radius():double
+area():virtual double
+perimeter():virtual double
+print():virtual void
Square1 1
#i_size,j_size: double
+Square1 1 (double x=0.0,double y=0.0,
d d ouble
i=0.0 ,double j=0.0)
+set_i(double i):void
+set_j(double_j):void
+get_i():void
+ +g g et_j():void
+area():virtual double
+perimeter():virtual double
+print():virtual void
}
virtual double perimeter()
{
return 0.0;
}
virtual void print()=0; };
Shape1::Shape1(double a,double b) {
x_size=a;
y_size=b; }
class Circle1:public Shape1 {
protected:
double radius;
public:
Circle1(double x=0.0,double y=0.0,double r=0.0); // 构造函数
void set_radius(double r=0.0);
//设置半径
double get_radius();
//输出半径
virtual double area();
virtual double perimeter();
virtual void print();
//输出圆心坐标和半径 };
Circle1::Circle1(double x,double y,double r):Shape1(x,y),radius(r)//构造函数 {} void Circle1::set_radius(double r) {
radius=r; } double Circle1::get_radius() {
return radius; } double Circle1::area() {
return 3.14159*radius*radius; } double Circle1::perimeter() {
return 3.14159*radius*2; } void Circle1::print()
//输出圆心坐标 {
cout<<"["<<x_size<<","<<y_size<<"]"<<", "<<radius; }
class Square1:public Shape1 {
protected:
double i_size,j_size;
public:
Square1(double x=0.0,double y=0.0,double i=0.0,double j=0.0); // 构造函数
void set_i(double i);
//设置顶点横坐标
void set_j(double j);
//设置顶点纵坐标
double get_i();
//输出顶点横坐标
double get_j();
//输出顶点纵坐标
virtual double area();
virtual double perimeter();
virtual void print();
//输出中心坐标和顶点坐标
};
Square1::Square1(double x,double y,double i,double j):Shape1(x,y),i_size(i),j_size(j) {}
void Square1::set_i(double i) {
i_size=i; } void Square1::set_j(double j) {
j_size=j; } double Square1::get_i() {
return i_size; } double Square1::get_j() {
return j_size; } double Square1::area() {
return 2*(i_size-x_size)*2*(j_size-y_size); } double Square1::perimeter() {
return 4*2*(i_size-x_size); } void Square1::print()
{
cout<<"["<<x_size<<","<<y_size<<"]"<<", "<<"["<<i_size<<","<<j_size<<"]"; }
int main()
{
Circle1 circle(0.0,0.0,3.0);
circle.area();
circle.perimeter();
circle.print();
cout<<"\n";
Square1 square(0.0,0.0,3.0,3.0);
square.area();
square.perimeter();
square.print();
cout<<"\n";
cout<<"圆的面积为："<<circle.area()<<endl;
cout<<"圆的周长为："<<circle.perimeter()<<endl;
cout<<"圆的圆心坐标和半径为：";
circle.print();
cout<<"\n\n";
cout<<"正方形的面积为："<<square.area()<<endl;
cout<<"正方形的周长为："<<square.perimeter()<<endl;
cout<<"正方形的中心坐标和一个顶点坐标分别为：";
square.print();
cout<<"\n";
return 0; } 运行结果
【实例编程】
运行结果
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在伟大祖国73华诞之际，我参加了单位组织的“光影铸魂”主题党日活动，集中观看了抗美援朝题材影片《长津湖》，再一次重温这段悲壮历史，再一次深刻感悟伟大抗美援朝精神。1950年10月，新中国刚刚成立一年，
根据省局党组《关于举办习近平谈治国理政（第四卷）读书班的通知》要求，我中心通过专题学习、专题研讨以及交流分享等形式，系统的对《习近平谈治国理政》（第四卷)进行了深入的学习与交流，下面我就来谈一谈我个人
《习近平谈治国理政》（第四卷）是在百年变局和世纪疫情相互叠加的大背景下，对以习近平同志为核心的党中央治国理政重大战略部署、重大理论创造、重大思想引领的系统呈现。它生动记录了新一代党中央领导集体统筹两个
《真抓实干做好新发展阶段“三农工作”》是《习近平谈治国理政》第四卷中的文章，这是习近平总书记在2020年12月28日中央农村工作会议上的集体学习时的讲话。文章指出，我常讲，领导干部要胸怀党和国家工作大
在《习近平谈治国理政》第四卷中，习近平总书记强调，江山就是人民，人民就是江山，打江山、守江山，守的是人民的心。从嘉兴南湖中驶出的小小红船，到世界上最大的执政党，在中国共产党的字典里，“人民”一词从来都
党的十八大以来，习近平总书记以马克思主义战略家的博大胸襟和深谋远虑，在治国理政和推动全球治理中牢固树立战略意识，在不同场合多次围绕战略策略的重要性，战略和策略的关系，提高战略思维、坚定战略自信、强化战
《习近平谈治国理政》第四卷集中展示了以习近平同志为核心的党中央在百年变局和世纪疫情相互叠加背景下，如何更好地坚持和发展中国特色社会主义而进行的生动实践与理论探索；对于新时代坚持和发展什么样的中国特色社
在党组织的关怀下，我有幸参加了区委组织部组织的入党积极分子培训班。为期一周的学习，学习形式多样，课程内容丰富，各位专家的讲解细致精彩，对于我加深对党的创新理论的认识、对党的历史的深入了解、对中共党员的
《习近平谈治国理政》第四卷《共建网上美好精神家园》一文中指出：网络玩命是新形势下社会文明的重要内容，是建设网络强国的重要领域。截至2021年12月，我国网民规模达10 32亿，较2020年12月增长4
刚刚召开的中国共产党第十九届中央委员会第七次全体会议上讨论并通过了党的十九届中央委员会向中国共产党第二十次全国代表大会的报告、党的十九届中央纪律检查委员会向中国共产党第二十次全国代表大会的工作报告和《