|
|
# Основы языка C++
|
|
|
|
|
|
## Цель работы
|
|
|
|
|
|
1. Владеть базовыми конструкциями и типами языка C++.
|
|
|
2. Уметь работать в среде программирования CodeBlocks.
|
|
|
3. Уметь автоматически проверять программы по эталонному вводу и выводу.
|
|
|
|
|
|
## Форма отчета
|
|
|
|
|
|
Все результаты сдаются в электронном виде.
|
|
|
Спецификации, блок-схемы, кода в DOCX и т. п. не нужно.
|
|
|
|
|
|
1. Проект с кодом, решающим общее задание.
|
|
|
2. Файлы эталонного ввода/вывода (даны) и BAT-файл для проверки пункта 1.
|
|
|
3. Проект с кодом, решающим задачу индивидуального варианта (на основе общего).
|
|
|
2. Файлы эталонного ввода/вывода и BAT-файл для проверки пункта 3.
|
|
|
|
|
|
## Задание
|
|
|
|
|
|
1. Написать программу для построения гистограммы массива чисел.
|
|
|
2. Доработать программу в соответствии с вариантом.
|
|
|
|
|
|
Гистограмма — это наглядное графическое представление того, какие значения
|
|
|
встречаются чаще или реже в исходных данных (как они распределены). Диапазон
|
|
|
исходных данных делится на равные интервалы, для каждого интервала строится
|
|
|
столбец. Высоты столбцов пропорциональны количеству значений, попавших
|
|
|
в интервал. Таким образом сразу видно, какие значения встречаются чаще в целом
|
|
|
(с точностью до ширины интервала) и насколько чаще по сравнению с другими
|
|
|
(легко сравнить высоты визуально).
|
|
|
|
|
|
Гистограмма строится так: диапазон значений на входе делится на несколько
|
|
|
равных интервалов (корзин, bins), подсчитывается количество чисел, попавших
|
|
|
в каждый интервал, и для каждой корзины рисуется столбец, размер которого
|
|
|
пропорционален количеству попавших в корзину чисел.
|
|
|
|
|
|
Например, на вход поступают оценки 10 студентов:
|
|
|
|
|
|
``` text
|
|
|
4 4 3 5 3 4 5 5 4 4
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Пусть требуется построить гистограмму на три столбца. Диапазон значений
|
|
|
на входе — от 3 до 5. Каждый из трех интервалов будет шириной
|
|
|
*(5 − 3) / 3 = 0,67,* то есть интервалы будут *[3; 3.67], [3.67; 4.34],
|
|
|
[4.34; 5].* В первую корзину попадут тройки (2 шт.), во вторую —
|
|
|
четверки (5 шт.), в третью — пятерки (3 шт.). Результат:
|
|
|
|
|
|
``` text
|
|
|
2|**
|
|
|
5|*****
|
|
|
3|***
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
В данном случае в каждый столбец попадает только одно значение (3, 4 или 5),
|
|
|
но в принципе, в один столбец могут попадать разные значения. Например, если
|
|
|
для тех же оценок использовать два интервала, 4 и 5 попадут в один интервал:
|
|
|
|
|
|
``` text
|
|
|
2|**
|
|
|
8|********
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
**Требования:**
|
|
|
|
|
|
* Числа в исходном массиве могут быть дробными.
|
|
|
|
|
|
* Подписи к столбцам выровнены до трех знакомест
|
|
|
(можно считать, что в корзину больше 999 чисел не попадет).
|
|
|
|
|
|
* Ширина всей гистограммы (подписи и звездочек в каждом столбце) должна
|
|
|
укладываться в 80 символов. Если в корзину попало больше чисел,
|
|
|
все столбцы нужно пропорционально сжать, чтобы выполнить условие.
|
|
|
|
|
|
## Указания к выполнению работы
|
|
|
|
|
|
Алгоритм работы программы логично разделить на три этапа:
|
|
|
|
|
|
1. Ввод данных (считывание массива чисел и количества столбцов).
|
|
|
2. Обработка данных (расчет количества чисел, попавших в каждую корзину).
|
|
|
3. Вывод данных (отображение рассчитанных значений в виде гистограммы).
|
|
|
|
|
|
Ввод данных составляет:
|
|
|
|
|
|
1. Ввод количества значений (целого числа).
|
|
|
2. Ввод значений (цикл, заполняющий массив).
|
|
|
2. Ввод количества корзин (целого числа).
|
|
|
|
|
|
Обработка заключается в том, чтобы массив чисел преобразовать в массив их
|
|
|
количеств в каждой корзине. Для этого нужно рассмотреть каждое число,
|
|
|
узнать номер корзины, в которую оно попадает, и увеличить счетчик чисел
|
|
|
для этой корзины.
|
|
|
|
|
|
Вывод данных имеет смысл выполнить в несколько подходов: сначала элементарно,
|
|
|
чтобы убедиться в правильности обработки, затем реализовать требования
|
|
|
к отображению.
|
|
|
|
|
|
1. Отображать для каждой корзины количество чисел в ней, ось
|
|
|
и такое же количество звездочек, сколько чисел в корзине.
|
|
|
2. Выровнять подписи до трех знакомест.
|
|
|
3. Масштабировать высоты столбцов, чтобы уложиться в 80 символов.
|
|
|
|
|
|
### Работа с CodeBlocks
|
|
|
|
|
|
Писать код в онлайн-редакторах запрещается.
|
|
|
Можно работать на своем ноутбуке.
|
|
|
|
|
|
Запуск виртуальной машины:
|
|
|
ярлык *VMWare Horizon Client* на рабочем столе →
|
|
|
двойной щелчок по иконке *Win7 среды программирования*
|
|
|
(не просто *Среды программирования*!).
|
|
|
|
|
|
#### Создание проекта
|
|
|
|
|
|
Из меню: *File → New → Project... → Console Application*.
|
|
|
|
|
|
*Skip this page next time*: `☑`.
|
|
|
|
|
|
*Please select the language you want to use*: `C++`.
|
|
|
|
|
|
Настройки проекта:
|
|
|
|
|
|
* *Project title:* `lab01`
|
|
|
* *Folder to create project in:* `L:\I курс\<группа>\<ФИО>\РПОСУ`
|
|
|
(создать нужные каталоги, если их нет).
|
|
|
* *Project filename* и *Resulting filename* заполнятся автоматически.
|
|
|
|
|
|
*Compiler*: `GNU GCC Compiler` (самый верхний).
|
|
|
|
|
|
#### Работа с кодом
|
|
|
|
|
|
На панели слева двойными щелчками раскрыть `lab01` и `Source`,
|
|
|
двойным щелчком открыть `main.cpp`.
|
|
|
|
|
|
Сборка и запуск проекта делаются кнопкой `F9`, из меню *Project → Build and run*
|
|
|
или кнопкой на панели инструментов.
|
|
|
|
|
|
На панели *Build messages* внизу показываются ошибки и предупреждения.
|
|
|
|
|
|
### Ввод данных
|
|
|
|
|
|
Входные данные (переменные): количество чисел, числа, количество корзин.
|
|
|
|
|
|
В C++ есть специальный тип `size_t`, подходящий для размеров массивов:
|
|
|
целое неотрицательное число с широким диапазоном значений. Целесообразно
|
|
|
использовать его для количества чисел:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
size_t number_count;
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Имя переменной сообщает, что в ней хранится: number count по-английски
|
|
|
«количество чисел». Всем переменным нужно давать осмысленные имена
|
|
|
(исключения: счетчики циклов `i`, `j`, ... и математические формулы).
|
|
|
Программы чаще читаются, чем пишутся — их понятность важнее размера.
|
|
|
Скорости набора текста помогает редактор, подсказывающий имена по мере ввода.
|
|
|
|
|
|
Ввод стандартный:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
cout << "Enter number count: ";
|
|
|
cin >> number_count;
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Отображение кириллицы в консоли Windows требует ухищрений. Применять их
|
|
|
не нужно, во всех ЛР достаточно англоязычного вывода.
|
|
|
|
|
|
Массив значений состоит из действительных чисел, выберем для них тип `double`.
|
|
|
Размер массива определяется во время работы программы переменной
|
|
|
`number_count`, то есть это динамический массив. Его можно реализовать
|
|
|
через `new[]`/`delete[]`, но в современном C++ принято использовать вектор,
|
|
|
в данном случае — `vector<double>`.
|
|
|
|
|
|
Для использования `vector<T>` нужно подключить часть стандартной библиотеки:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
#include <vector>
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
При объявлении переменной `numbers` (числа) типа `vector<T>` можно сразу
|
|
|
указать размер:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
vector<double> numbers(number_count);
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Очевидно, это нужно делать после ввода `number_count`. Если бы `numbers`
|
|
|
была объявлена до этого, ей не нужно было бы передавать аргумент в скобках;
|
|
|
вместо этого после ввода `number_count` нужно было бы изменить размер:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
numbers.resize(number_count);
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Однако безопаснее объявлять переменные как можно ближе к месту первого
|
|
|
использования: меньше риск случайно обратиться к ним до инициализации.
|
|
|
Например, если объявить `numbers` в начале программы, ничто не помешает
|
|
|
обратиться к его элементам до вызова `resize()`, что приведет к ошибке.
|
|
|
|
|
|
Числа вводятся в `numbers` стандартным циклом `for` со счетчиком.
|
|
|
Код нужно написать самостоятельно.
|
|
|
|
|
|
Количество корзин `bin_count` целесообразно сделать того же типа,
|
|
|
что и `number_count` и вводить так же.
|
|
|
|
|
|
### Обработка данных
|
|
|
|
|
|
Необходимо для каждой корзины подсчитать количество попавших в нее чисел,
|
|
|
то есть заполнить массив счетчиков. Тип счетчика — `size_t`, потому что
|
|
|
это по сути такое же количество, как количество чисел. Их массив имеет
|
|
|
размер `bin_count`, а начальные значения в нем — нули:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
vector<size_t> bins(bin_count);
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Как по значению элемента определить номер корзины, куда он попадает?
|
|
|
|
|
|
#### Определение индекса корзины по значению элемента
|
|
|
|
|
|
Нужно подсчитать, сколько чисел попало в каждую корзину. Для этого можно
|
|
|
определить номер корзины, в которую попадает каждое число, и увеличить
|
|
|
счетчик этой корзины.
|
|
|
|
|
|
Каждая корзина представляет числа в одном из интервалов, на которые равномерно
|
|
|
разбит диапазон исходных чисел. Например, для чисел `4 5 3 4 5 4 3 4 5 4`
|
|
|
и трех корзин:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
4
|
|
|
4
|
|
|
4 5
|
|
|
3 4 5
|
|
|
3 4 5
|
|
|
|-----|-----|-----|
|
|
|
3.00 3.67 4.34 5.00
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Нижняя граница будет равна минимальному из чисел (обозначим его `min`),
|
|
|
верхняя — максимальному `max`. Каждая следующая граница отстоит от предыдущей
|
|
|
на размер корзины `bin_size`:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
double bin_size = (max - min) / bin_count;
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
В общем случае:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
|------------|------------|------------|------------|
|
|
|
min min+1*step min+2*step min+3*step max
|
|
|
: :
|
|
|
:<---------->:
|
|
|
bin_size
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Пусть `min` и `max` найдены, `bin_size` рассчитан по формуле выше.
|
|
|
Остается для каждого `i`-го числа проверить каждую `j`-ю корзину.
|
|
|
Если число попадает между границ этой корзины, то счетчик попавших в корзину
|
|
|
чисел увеличивается. Прочие корзины можно уже не просматривать.
|
|
|
|
|
|
Пример 1. При *i = 0* рассматривается число 4 из списка выше. При *j = 0*
|
|
|
рассматривается интервал *[3.00; 3.67),* в который 4 не входит. При *j = 1*
|
|
|
рассматривается интервал *[3.67; 4.34),* куда 4 попадает. Следовательно,
|
|
|
счетчик `bins[1]` нужно увеличить, а цикл по `j` можно прекратить.
|
|
|
|
|
|
Пример 2. При *i = 1* рассматривается число 5. Оно не входит ни в один
|
|
|
из интервалов, даже *[4.34; 5.00),* потому что правая граница не учитывается.
|
|
|
Этот особый случай нужно опознать и увеличить счетчик последней корзины.
|
|
|
|
|
|
<!--
|
|
|
1. Используется цикл со счетчиком, так как диапазонный for ниже,
|
|
|
а здесь уже достаточно когнитивной нагрузки. Или путает?
|
|
|
|
|
|
2. Используется number_count и bin_count, заменить на .size()?
|
|
|
-->
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
for (size_t i = 0; i < number_count; i++) {
|
|
|
bool found = false;
|
|
|
for (size_t j = 0; (j < bin_count - 1) && !found; j++) {
|
|
|
auto lo = min + j * bin_size;
|
|
|
auto hi = min + (j + 1) * bin_size;
|
|
|
if ((lo <= numbers[i]) && (numbers[i] < hi)) {
|
|
|
bins[j]++;
|
|
|
found = true;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
// цикл по numbers не закончился!
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Особый случай `number == max` из примера 2 можно опознать по `found == false`
|
|
|
после цикла:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
if (!found) {
|
|
|
bins[bin_count - 1]++;
|
|
|
}
|
|
|
} // конец цикла по numbers
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
<!-- Здесь оформления больше, чем внизу, и код сложнее — оно более важно. -->
|
|
|
|
|
|
Отметим оформление кода:
|
|
|
|
|
|
* вокруг операторов (`=`, `<`, `>`), после ключевых слов (`for`, `if`)
|
|
|
и перед фигурными скобками (`{`) стоят пробелы;
|
|
|
* блоки кода (тело цикла, инструкции под условиями) выделены отступами.
|
|
|
|
|
|
Нижняя и верхняя границы интервала обозначены `lo` (low) и `hi` (high), это
|
|
|
типовые имена переменных, как `i`, `j` для счетчиков.
|
|
|
|
|
|
Как и имена переменных, форматирование кода (code style) помогает понимать
|
|
|
смысл программы (ее структуру) и страхует от ошибок. Чтобы автоматически
|
|
|
отформатировать код в CodeBlocks, нужно щелкнуть по тексту правой кнопкой
|
|
|
мыши и выбрать *Format (use AStyle)* (если выделить фрагмент, отформатирован
|
|
|
будет только он).
|
|
|
|
|
|
#### Определение диапазона чисел в массиве
|
|
|
|
|
|
Для расчета индексов столбцов нужно найти наибольший и наименьший элементы
|
|
|
в массиве. Разберем эту простую задачу подробно, чтобы изучить диапазонный
|
|
|
цикл `for` (range-based for loop). Формулировка решения: *для каждого* массива
|
|
|
чисел сравнить его с максимумом и минимумом, при необходимости скорректировать
|
|
|
максимум или минимум. Заметим, что решение не оперирует индексами
|
|
|
в массиве — только значением очередного элемента. Для выражение этой идеи
|
|
|
в C++ есть диапазонный цикл `for`:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
double min = numbers[0];
|
|
|
double max = numbers[0];
|
|
|
for (double x : numbers) {
|
|
|
if (x < min) {
|
|
|
min = x;
|
|
|
}
|
|
|
else if (x > max) {
|
|
|
max = x;
|
|
|
}
|
|
|
}
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Запись `for (double x : numbers) { ... }` означает: выполнить тело цикла
|
|
|
*для каждого* элемента `x` (типа `double`) из массива `numbers`, то есть
|
|
|
в точности соответствует логике решения.
|
|
|
|
|
|
### Вывод данных. Этап 1: минимальный работающий вариант
|
|
|
|
|
|
Для каждого элемента `bin` массива `bins` нужно вывести значение `bin`,
|
|
|
символ `|` и *bin* звездочек (внутренним циклом со счетчиком); после
|
|
|
звездочек нужен перевод строки. Код нужно написать самостоятельно.
|
|
|
|
|
|
На этом этапе можно проверить работу программы: ввести данные из примера
|
|
|
(десять чисел, три корзины) и визуально сопоставить гистограммы.
|
|
|
|
|
|
На последующих этапах нужно будет проверять работу программы на десятках
|
|
|
чисел, вводить которые долго и чревато ошибками. Можно записать числа в файл
|
|
|
и вставлять в консоль, но сравнивать результаты (считать звездочки) не легче.
|
|
|
Проблема усугубляется, если нужно проводить много тестов.
|
|
|
|
|
|
### Автоматическая проверка по эталонному вводу и выводу
|
|
|
|
|
|
Можно полностью автоматически вводить данные в программу, сохранять ее вывод
|
|
|
и сравнивать с эталоном, получая простой ответ: пройден ли тест.
|
|
|
|
|
|
Эталонный ввод при этом читается из файла, вывод записывается в файл, который
|
|
|
затем сравнивается с файлом эталонного вывода. При этом не требуется
|
|
|
добавлять в программу работу с файлами и логику проверки, если знать,
|
|
|
как устроен ввод и вывод, и уметь пользоваться стандартными утилитами.
|
|
|
|
|
|
Дальнейшая работа ведется в консоли из каталога с файлом `*.exe`,
|
|
|
в CodeBlocks это может быть `bin\Debug`.
|
|
|
|
|
|
#### Командная строка Windows
|
|
|
|
|
|
Командная строка (терминал) запускается через *Win+R*, `cmd` или путем ввода
|
|
|
`cmd` в строку адреса в «Проводнике» и нажатия *Enter.*
|
|
|
|
|
|
Текст `C:\>` слева от курсора называется *приглашением (prompt).*
|
|
|
Приглашение показывает текущий каталог — корень диска C.
|
|
|
Перейти в другой каталог можно командой `cd`, например, `cd lab01`.
|
|
|
Если нужно перейти на другой диск, добавляется *ключ (опция)* `/d`,
|
|
|
например: `cd /d L:\A-01-18\username`.
|
|
|
Чтобы не вводить путь вручную,
|
|
|
можно нажимать *Tab* после ввода первых символов имени каталога,
|
|
|
и Windows дополнит путь.
|
|
|
Если нужно повторить одну из предыдущих команд,
|
|
|
стрелки вверх и вниз проматывают историю.
|
|
|
|
|
|
Если нужно отредактировать команду,
|
|
|
стрелками можно перемещать курсор влево-вправо.
|
|
|
Скопировать и вставить текст в Windows 10 и выше можно `Ctrl+C`/`Ctrl+V`,
|
|
|
а в более старых системах нужно вызвать контекстное меню заголовка окна
|
|
|
и выбрать там *Изменить... → Копировать.*
|
|
|
|
|
|
При затруднениях в работе с консолью можно воспользоваться [руководством][cmd].
|
|
|
|
|
|
[cmd]: http://cmd.readthedocs.io/cmd.html
|
|
|
|
|
|
#### Командная строка Unix (Linux, OS X)
|
|
|
|
|
|
Терминал обычно запускается через лаунчер поиском по слову `Terminal`.
|
|
|
Конкретная программа зависит от операционной системы и дистрибутива Linux.
|
|
|
Подойдет любая.
|
|
|
|
|
|
Текст вида `<имя пользователя>@<имя машины>:~$` слева от курсора
|
|
|
называется *приглашением (prompt).*
|
|
|
Приглашение показывает текущий каталог — домашнюю директорию `~`,
|
|
|
что является сокращением для `/home/<имя пользователя>`.
|
|
|
Перейти в другой каталог можно командой `cd`, например, `cd lab01`.
|
|
|
Чтобы не вводить путь вручную,
|
|
|
можно нажимать *Tab* после ввода первых символов имени каталога,
|
|
|
и Windows дополнит путь.
|
|
|
Если нужно повторить одну из предыдущих команд,
|
|
|
стрелки вверх и вниз проматывают историю.
|
|
|
|
|
|
Если нужно отредактировать команду,
|
|
|
стрелками можно перемещать курсор влево-вправо.
|
|
|
Скопировать и вставить текст можно сочетаниями `Ctrl+Shitf+C`/`Ctrl+Shift+V`
|
|
|
или `Ctrl+Ins`/`Shift+Ins` (для OS X вместо `Ctrl` используется `Cmd`).
|
|
|
|
|
|
#### Запуск программ без CodeBlocks
|
|
|
|
|
|
Находясь в каталоге с `*.exe`, можно попробовать запустить его:
|
|
|
|
|
|
```cmd
|
|
|
C:\lab01\bin\Debug> lab01
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
В Unix у исполняемых файлов нет расширения `*.exe` и запуск делается иначе:
|
|
|
|
|
|
```sh
|
|
|
user@host:~/lab01/bin/Debug$ ./lab01
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Однако это может привести к сообщению об ошибке
|
|
|
(имя библиотеки может быть иным):
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
Программа не может быть выполнена, потому что библиотека libstd++.dll не найдена.
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Подробнее тема библиотек будет рассмотрена позже в курсе лекций и ЛР.
|
|
|
Чтобы сделать файл `lab01.exe` независимым от внешних библиотек,
|
|
|
нужно в CodeBlocks:
|
|
|
|
|
|
* Открыть диалог *Settings → Compiler → Compiler settings*
|
|
|
и поставить галочки *Static libstdc++ [-static-libstdc++]*
|
|
|
и *Static linking [-static]*.
|
|
|
|
|
|
* Пересобрать проект *Ctrl+F11* или *Build → Rebuild*
|
|
|
или нажать на иконку с голубыми стрелочками.
|
|
|
|
|
|
При использовании CMake, например, в CLion,
|
|
|
нужно в `CMakeLists.txt` после `executable(xxx ...)` добавить такую строку:
|
|
|
|
|
|
```CMakeLists.txt
|
|
|
target_link_options(xxx PRIVATE -static -static-libstdc++)
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
#### Стандартные потоки и их перенаправление
|
|
|
|
|
|
Обычно для простоты говорят, что ввод происходит с клавиатуры, а вывод — на
|
|
|
экран. На самом деле ввод происходит из особого устройства — *стандартного
|
|
|
ввода (standard input, stdin),* а вывод поступает на устройство *стандартного
|
|
|
вывода (standard output, stdout).* По умолчанию стандартный ввод связан
|
|
|
с клавиатурой, а вывод — с терминалом (окном консоли в Windows). Однако
|
|
|
можно при запуске программы указать, что стандартным вводом для нее будет
|
|
|
не клавиатура, а файл *(перенаправление ввода, input redirection).*
|
|
|
|
|
|
Windows:
|
|
|
```cmd
|
|
|
C:\lab01\bin\Debug> lab01.exe < 01-example.input.txt
|
|
|
Enter number count: Enter numbers: Enter bin count: 2|**
|
|
|
5|*****
|
|
|
3|***
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Unix:
|
|
|
```sh
|
|
|
user@host:~/lb01/bin/Debug$ ./lab01 < 01-example.input.txt
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
**Внимание.**
|
|
|
Здесь и далее примеры работы с командной строкой включают приглашение
|
|
|
`C:\lab01>`, команду и ее вывод. Приглашение вводить не нужно, это просто
|
|
|
стандартный формат записи. Таким образом, нужно ввести
|
|
|
`lab01.exe < 01-example.input.txt`, в ответ ожидается текст на второй строке
|
|
|
и далее.
|
|
|
|
|
|
Готовые файлы, которые нужно скачать или создать:
|
|
|
|
|
|
* эталонный ввод [01-example.input.txt](assets/01-example.input.txt)
|
|
|
* эталонный вывод [01-example.expected.txt](assets/01-example.expected.txt)
|
|
|
|
|
|
Видно, что гистограмма строится правильно, но картину портят приглашения
|
|
|
ввода (`Enter number count` и прочие).
|
|
|
|
|
|
Аналогично можно направить стандартный вывод в файл.
|
|
|
|
|
|
Windows:
|
|
|
```cmd
|
|
|
C:\lab01\bin\Debug> lab01.exe < 01-example.input.txt > 01-example.actual.txt
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Unix:
|
|
|
```sh
|
|
|
user@host:~/lab01/bin/Debug$ ./lab01 < 01-example.input.txt > 01-example.actual.txt
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Вывода на терминал нет — он весь в `01-example.actual.txt`, и если его
|
|
|
просмотреть, окажется, что он соответствует предшествующему выводу.
|
|
|
|
|
|
Как избавиться от приглашений, которые не нужны в режиме автоматических
|
|
|
тестов? Проблема заключается в том, что у программы есть значимый,
|
|
|
информативный вывод (собственно гистограмма), а есть декоративный вывод
|
|
|
(приглашения). Только самой программе «известно», где какой вывод —
|
|
|
без ее модификации не обойтись.
|
|
|
|
|
|
Помимо стандартного вывода существует *стандартный вывод ошибок (stderr).*
|
|
|
Такое название сложилось исторически, а на практике принято писать в него
|
|
|
декоративный вывод. Этот поток доступен в C++ как `cerr`:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
cerr << "Enter number count: ";
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Нужно самостоятельно заменит вывод приглашений (но не гистограммы) в `cout`
|
|
|
на их вывод в `cerr`.
|
|
|
|
|
|
Если теперь запустить программу как обычно (без перенаправления), ее работа
|
|
|
внешне не изменится, потому что стандартный вывод ошибок по умолчанию тоже
|
|
|
связан с терминалом. Если же перенаправить вывод в файл, записанное в `cerr`
|
|
|
появится в терминале, но не в файле `01-example.actual.txt`:
|
|
|
|
|
|
``` cmd
|
|
|
C:\lab01\bin\Debug> lab01.exe < 01-example.input.txt > 01-example.actual.txt
|
|
|
Enter number count: Enter numbers: Enter bin count:
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Чтобы убрать декоративный вывод при автоматических тестах, можно направить
|
|
|
его в специальное устройство `NUL`, которое поглощает любой вывод в него.
|
|
|
|
|
|
**Внимание.**
|
|
|
Здесь между Windows и Unix есть отличие: `2>NUL` vs `2>/dev/null`.
|
|
|
|
|
|
Windows:
|
|
|
```cmd
|
|
|
C:\lab01\bin\Debug> lab01.exe < 01-example.input.txt > 01-example.actual.txt 2>NUL
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Unix:
|
|
|
```cmd
|
|
|
user@host:~/lab01/bin/Debug> ./lab01 <01-example.input.txt >01-example.actual.txt 2>/dev/null
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Вывода в терминал при этом нет никакого, хотя программа успешно работает.
|
|
|
|
|
|
#### Сравнение файлов (Windows)
|
|
|
|
|
|
Программа `fc` (file compare) позволяет построчно сравнить файл вывода
|
|
|
программы `01-example.actual.txt` с файлом `01-example.expected.txt`,
|
|
|
содержащим эталонный вывод:
|
|
|
|
|
|
``` cmd
|
|
|
C:\lab01\bin\Debug> fc 01-example.actual.txt 01-example.expected.txt
|
|
|
Сравнение файлов 01-example.actual.txt и 01-EXAMPLE.EXPECTED.TXT
|
|
|
FC: различия не найдены
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Если бы были отличия, `fc` могла бы показать отличающиеся строки,
|
|
|
а с ключом `/N` также и их номера ([справка][fc]):
|
|
|
|
|
|
[fc]: http://ab57.ru/cmdlist/fc.html
|
|
|
|
|
|
``` cmd
|
|
|
C:\lab01\bin\Debug> fc /N 01-example.actual.txt 02-alignment.expected.txt
|
|
|
Сравнение файлов 01-example.actual.txt и 02-ALIGNMENT.EXPECTED.TXT
|
|
|
***** 01-example.actual.txt
|
|
|
1: 2|**
|
|
|
2: 5|*****
|
|
|
3: 3|***
|
|
|
***** 02-ALIGNMENT.EXPECTED.TXT
|
|
|
1: 2|**
|
|
|
2: 5|*****
|
|
|
3: 3|***
|
|
|
*****
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
#### Сравнение файлов (Unix)
|
|
|
|
|
|
Программа `diff` (difference) позволяет построчно сравнить файл вывода
|
|
|
программы `01-example.actual.txt` с файлом `01-example.expected.txt`,
|
|
|
содержащим эталонный вывод:
|
|
|
|
|
|
``` sh
|
|
|
user@host:~/lab01/bin/Debug$ diff -u 01-example.actual.txt 01-example.expected.txt
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Если отличий нет, `diff` не печатает ничего, как в примере выше.
|
|
|
|
|
|
Если бы были отличия, `diff` могла бы показать отличающиеся строки и их номера:
|
|
|
|
|
|
``` sh
|
|
|
user@host:~/lab01/bin/Debug$ diff -u 01-example.actual.txt 02-alignment.expected.txt
|
|
|
--- 01-example.actual.txt 2023-02-06 23:52:25.513825363 +0300
|
|
|
+++ 02-alignment.expected.txt 2023-02-06 23:52:25.514825395 +0300
|
|
|
@@ -1,3 +1,3 @@
|
|
|
- 2|**
|
|
|
- 5|*****
|
|
|
- 3|***
|
|
|
+ 9|*********
|
|
|
+ 33|*********************************
|
|
|
+100|****************************************************************************************************
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
#### BAT-файлы
|
|
|
|
|
|
Чтобы не вводить каждый раз команды вручную, их можно записать в файл
|
|
|
с расширением `*.bat` и запускать как программу из командной строки:
|
|
|
|
|
|
```
|
|
|
lab01.exe < 01-example.input.txt > 01-example.actual.txt 2>NUL
|
|
|
fc /N 01-example.actual.txt 01-example.expected.txt
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Чтобы запускать файл из «Проводника» и при ошибках окно не закрывалось,
|
|
|
можно к последней строки добавить `|| pause`.
|
|
|
|
|
|
### Вывод данных. Этап 2: выравнивание подписей столбцов
|
|
|
|
|
|
Требуется количество чисел, попавших в каждый столбец, дополнять при выводе
|
|
|
пробелами так, чтобы суммарно подпись занимала четыре знакоместа (символа).
|
|
|
Хотя в C++ и есть средства форматирования, реализуем выравнивание вручную:
|
|
|
|
|
|
1. Если число меньше 100, вывести пробел (он займет место разряда сотен).
|
|
|
2. Если число меньше 10, вывести пробел (он займет место разряда десятков).
|
|
|
3. Вывести число.
|
|
|
|
|
|
Необходимо написать код самостоятельно и автоматически проверить его:
|
|
|
|
|
|
* эталонный ввод [02-alignment.input.txt](assets/02-alignment.input.txt);
|
|
|
* эталонный вывод [02-alignment.expected.txt](assets/02-alignment.expected.txt).
|
|
|
|
|
|
### Вывод данных. Этап 3: масштабирование столбцов
|
|
|
|
|
|
Поскольку ограничена ширина всей гистограммы (включая 3 цифры подписи и ось
|
|
|
шириной 1 символ), ограничение на длину столбца будет *80 − 3 − 1 = 76*
|
|
|
символов.
|
|
|
|
|
|
Если в корзине самым большим количеством чисел не больше 76, масштабирование
|
|
|
не нужно.
|
|
|
|
|
|
Для масштабирования из количества чисел `count` в каждой корзине нужно
|
|
|
получить ее высоту `height` (количество звездочек). Масштабирование должно
|
|
|
работать так, чтобы самый высокий столбец имел 76 звездочек, следовательно,
|
|
|
для него `height = 76 * 1.0`. Для прочих корзин вместо 1,0 должен быть
|
|
|
множитель-доля количества чисел в этой корзине от максимального количества:
|
|
|
`height = 76 * count / max_count`. Однако напрямую эту формулу записать
|
|
|
на C++ нельзя: деление целых чисел `count` и `max_count` даст целое же число.
|
|
|
|
|
|
Необходимо указать компилятору, что `count` нужно рассматривать как дробное.
|
|
|
Это называется приведением типов (type cast):
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
size_t height = 76 * (static_cast<double>(count) / max_count);
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Выражение `static_cast<T>(x)` означает: рассматривать выражение `x`
|
|
|
как имеющее тип `T`. Можно встретить другую форму записи, так называемое
|
|
|
приведение в стиле C (C-style cast): `((double)count)`. Почему в C++
|
|
|
более громоздкий синтаксис? Дело в том, что приведение типов — это место
|
|
|
в программе, где программист берет на себя ответственность, что преобразование
|
|
|
имеет смысл, поэтому лучше, когда оно резко выделяется в тексте программы.
|
|
|
|
|
|
Заметим, что в данном примере можно было бы обойтись вообще без приведения
|
|
|
типов, если сделать `max_count` типа `double`, однако приведение типов
|
|
|
часто встречается на практике — необходимо уметь его делать.
|
|
|
|
|
|
Константа 76 используется как минимум в двух местах, что плохо. во-первых,
|
|
|
если потребуется поменять ее, придется искать и редактировать все эти места.
|
|
|
Во-вторых, при чтении кода будет непонятен ее смысл. По последней причине
|
|
|
такие числа в коде называются магическими константами. Их нужно выносить
|
|
|
в неизменяемые переменные с понятными именами или комментариями. Обычно
|
|
|
их размещают в самом начале программы:
|
|
|
|
|
|
``` cpp
|
|
|
const size_t SCREEN_WIDTH = 80;
|
|
|
const size_t MAX_ASTERISK = SCREEN_WIDTH - 3 - 1;
|
|
|
```
|
|
|
|
|
|
Итак, требуется самостоятельно реализовать:
|
|
|
|
|
|
1. Поиск наибольшего количества чисел в одной корзине (можно совместить
|
|
|
в подсчетом чисел в корзинах).
|
|
|
2. Масштабирование столбцов.
|
|
|
|
|
|
Результат необходимо автоматически проверить:
|
|
|
|
|
|
* эталонный ввод [03-scaling.input.txt](assets/03-scaling.input.txt)
|
|
|
* эталонный вывод [03-scaling.expected.txt](assets/03-scaling.expected.txt)
|
|
|
|
|
|
## Варианты индивидуальных заданий
|
|
|
|
|
|
Решение должно включать: код программы, файлы эталонного ввода и вывода,
|
|
|
BAT-файл для автоматической проверки.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 1
|
|
|
|
|
|
Дайте пользователю возможность задавать произвольную ширину гистограммы вместо
|
|
|
80 символов. Ширину менее 7, более 80 или менее трети количества чисел
|
|
|
считайте некорректной — предлагайте пользователю ввести ее заново в этом случае
|
|
|
с указанием причины.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 2
|
|
|
|
|
|
Если пользователь вводит 0 как число столбцов, рассчитывайте число столбцов
|
|
|
автоматически по эмпирической формуле *K = √N*, а если получилось *K > 25*,
|
|
|
пересчитайте по правилу Стёрджеса: для *N* чисел количество столбцов
|
|
|
*K = 1 + ⌊log₂N⌋*. Печатайте, по какой формуле был сделан выбор
|
|
|
и сколько столбцов выбрано.
|
|
|
|
|
|
**Указание.** См. функции `sqrt()` и `log2` из `<cmath>`.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 3
|
|
|
|
|
|
Дайте пользователю возможность задавать высоту гистограммы *H* строк.
|
|
|
Если количество столбцов *K* в *C = ⌊H/K⌋* раз меньше *H*, столбцы должны
|
|
|
занимать по *C* строк.
|
|
|
|
|
|
**Пример.** Выбрано *H = 6, K = 3 ⇒ C = 2,* гистограмма:
|
|
|
|
|
|
8|********
|
|
|
|********
|
|
|
11|***********
|
|
|
|***********
|
|
|
6|******
|
|
|
|******
|
|
|
|
|
|
### Вариант 4
|
|
|
|
|
|
Вместо количества элементов сделайте подписью столбца процент элементов,
|
|
|
попавших в столбец, как целое двузначное число с `%` в конце.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 5
|
|
|
|
|
|
Отображайте гистограмму зеркально, например:
|
|
|
|
|
|
********| 8
|
|
|
***********| 11
|
|
|
******| 6
|
|
|
|
|
|
### Вариант 6
|
|
|
|
|
|
Дайте пользователю возможность выбора символов для столбцов «рисунка», линии
|
|
|
оси (`|` в примерах) и для выравнивания подписей. Например, при выборе
|
|
|
соответственно `|`, пробела и `0`:
|
|
|
|
|
|
008 ||||||||
|
|
|
011 |||||||||||
|
|
|
006 ||||||
|
|
|
|
|
|
Не позволяйте вводить символы табуляции и перевода строк, печатайте любое
|
|
|
сообщение со словом «ERROR» и завершайте программу при этом.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 7
|
|
|
|
|
|
Вычислите среднюю высоту столбца. Если столбец ниже, доведите его высоту
|
|
|
до средней символами `-`. Если столбец выше, выводите часть, превышающую
|
|
|
среднюю высоту, символами `+`. Пример (средняя высота — 8 звездочек):
|
|
|
|
|
|
8|********
|
|
|
11|********+++
|
|
|
6|******--
|
|
|
|
|
|
### Вариант 8
|
|
|
|
|
|
После подсчета количеств значений в столбцах, замените их нарастающим итогом,
|
|
|
начиная с первого столбца. При отображении соблюдайте те же правила,
|
|
|
что и ранее. Пример для исходного графика с высотами 1-3-7-11-6-4-1:
|
|
|
|
|
|
1|*
|
|
|
4|****
|
|
|
11|***********
|
|
|
22|**********************
|
|
|
28|****************************
|
|
|
32|********************************
|
|
|
33|*********************************
|
|
|
|
|
|
### Вариант 9
|
|
|
|
|
|
В каждом столбце, если предыдущий столбец ниже, вместо `*` используйте `^`
|
|
|
на высоте предыдущего столбца. Аналогично для следующего столбца, но `v`.
|
|
|
Если соседние столбцы оба ниже текущего и равны, используйте `N`. Пример:
|
|
|
|
|
|
1|*
|
|
|
3|^**
|
|
|
7|**^****
|
|
|
11|*****v^****
|
|
|
6|***v**
|
|
|
4|v***
|
|
|
1|*
|
|
|
|
|
|
### Вариант 10
|
|
|
|
|
|
Отображайте гистограмму вертикально без подписей, например:
|
|
|
|
|
|
*******
|
|
|
*****
|
|
|
*****
|
|
|
****
|
|
|
***
|
|
|
***
|
|
|
**
|
|
|
*
|
|
|
|
|
|
**Указание.** Можно воспользоваться следующей логикой: проходить по всем
|
|
|
столбцам и печатать `*`, если высота столбца больше номера строки, или пробел,
|
|
|
если нет — и так до тех пор, пока на очередной строке печатается хотя бы одна
|
|
|
звездочка.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 11
|
|
|
|
|
|
Добавьте рамку вокруг гистограммы. Добавьте учет линий рамки, чтобы общая
|
|
|
ширина «изображения» не превышала 80 символов. Иллюстрация результата:
|
|
|
|
|
|
+----------------+
|
|
|
| 8|******** |
|
|
|
| 11|*********** |
|
|
|
| 6|****** |
|
|
|
+----------------+
|
|
|
|
|
|
### Вариант 12
|
|
|
|
|
|
Добавьте на ось подписей границы столбцов. Например, если в первый столбец
|
|
|
отнесены элементы от наименьшего до 1,23, во второй — от 1,23 до 2,34 и т. д.,
|
|
|
желаемый результат:
|
|
|
|
|
|
8|********
|
|
|
1.23
|
|
|
11|***********
|
|
|
2.34
|
|
|
6|******
|
|
|
|
|
|
Ширину места для подписей столбцов нужно увеличить, как на иллюстрации.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 13
|
|
|
|
|
|
После вывода гистограммы запрашивайте у пользователя, доволен ли он результатом.
|
|
|
Если ответ отрицательный, позвольте ввести новое количество столбцов
|
|
|
и перестройте гистограмму. Процесс может повторяться сколько угодно раз.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 14
|
|
|
|
|
|
Сделайте подписи к столбцам текстовыми. После ввода количества столбцов *K*
|
|
|
пользователь должен ввести *K* строк (возможно, с пробелами), которые будут
|
|
|
подписями к соответствующим столбцам. При выводе гистограммы вместо высоты
|
|
|
каждого столбца нужно печатать его подпись. Подписи должны быть выровнены
|
|
|
по правому краю на ширину самой длинной из них.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 15
|
|
|
|
|
|
Добавьте горизонтальную шкалу под гистограммой. Шкалу нужно разбить
|
|
|
на интервалы, размер которых от вводит пользователь. Допустимы размеры
|
|
|
от 4 до 9, при некорректном вводе печатайте сообщение со словом «ERROR»
|
|
|
и завершайте работу программы. Под нулевой, первой и последней отметкой
|
|
|
шкалы требуется напечатать соответствующие числа. Шкала должна быть во всю
|
|
|
ширину гистограммы. Пример для интервала размером 6:
|
|
|
|
|
|
8|********
|
|
|
14|**************
|
|
|
12|************
|
|
|
|-----|-----|-----|
|
|
|
0 6 18
|
|
|
|
|
|
### Вариант 16
|
|
|
|
|
|
Перед построением гистограммы удалите из входного массива все повторяющиеся
|
|
|
(не обязательно подряд) элементы и напечатайте результат.
|
|
|
|
|
|
**Указание.** Удалить `xs[i]` можно так: `xs.erase(xs.begin() + i)`.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 17
|
|
|
|
|
|
После ввода количества чисел предлагайте пользователю генерировать их.
|
|
|
При положительном ответе заполните исходный массив при помощи функции `rand()`:
|
|
|
каждый элемент должен быть суммой 12 ее результатов.
|
|
|
|
|
|
**Указание.** В начале программы добавьте `srand(time(0))`, чтобы случайные
|
|
|
числа отличались между запусками программы (аналог `Randomize()` в Pascal).
|
|
|
Для составления эталонного вывода замените `time(0)` на 42.
|
|
|
|
|
|
### Вариант 18
|
|
|
|
|
|
Избавьте программу от предположения о наибольшем возможном количестве чисел
|
|
|
в столбце. Находите наибольшее и используйте это значение, чтобы выровнять
|
|
|
подписи по правому краю, не расходуя при этом лишних знакомест.
|
