C++ 入門指南 4.01

單元 15 - 實作 set_code_array()

-unit15-

set_code_array() 的工作就是建立密碼表，我們需要的密碼表就是一個攪亂順序的英文字母表

setCode()
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先來溫習一下用來編碼的數學公式

y = a * x + b
m = y % n
r = m + diff

a 與 b 預定是 0 到 9 之間的隨機整數，要取得隨機整數的話，標準程式庫 (standard library) 有程式可用，倒是現在先不用急著一次到位，我們先把 a 設定成 3 ， b 設定成 5 測試看看好了，如此 set_code_array() 的實作如下

// 設定 code_array 的 setter 成員函數
void Encrypt::set_code_array() {
    // 設定 a 、 b 值
    int a = 3;
    int b = 5;

    // 利用公式建立密碼表字串
    int x, y, m;
    char c = 'a';
    string s;
    int i;
    for (i = 0; i < 26; i++) {
        x = c;
        y = x * a + b;
        m = y % 26;
        s += m + 97;
        c++;
    }

    // 將建立好的密碼表直接設定給成員變數
    code_array = s;
}

因為英文字母表的小寫字母共有 26 個，因此公式用迴圈 (loop) 跑了 26 次

for (i = 0; i < 26; i++) {
    x = c;
    y = x * a + b;
    m = y % 26;
    s += m + 97;
    c++;
}

我們多用了除了公式外的兩個變數 (variable) c 與 s ，變數 c 為起始字元 (character) ，初值設定成英文字母表的第一個字母 'a' ， s 則是宣告為字串 (string) ，這裡並沒有直接拿變數 c 進行計算，而是把變數 c 的值指派 (assign) 給整數型態的 x

    x = c;

會這樣做的原因很簡單，因為需要一個變數表示目前處理的字元，而字元型態的變數可以如同整數 (integer) 型態進行加減乘除，因此迴圈的最後利用遞增將變數 c 轉移到下一個字元，例如迴圈從 'a' 開始，第二個處理的字元為 'b' ，第三個為 'c' ，以此類推

    c++;

由於 C++ 的字元型態其實就是範圍較小的整數，因此也可以直接將迴圈的控制變數 i 設定為 97 ，讓 i 依次遞增到 97 + 26 為止。

迴圈跑完，最後就是把 s 設定給 code_array

// 將建立好的密碼表直接設定給成員變數
code_array = s;

建構函數 Encrypt() 就是呼叫 set_code_array() 設定 code_array ，另外 get_code_array() 也就是回傳 code_array ，目前的實作版本如下

// 引入 Encrypt 類別的標頭檔
#include "encrypt01.h"

// Encrypt 的建構函數
Encrypt::Encrypt() {
    // 呼叫 setter 設定 code_array
    set_code_array();
}

// 設定 code_array 的 setter 成員函數
void Encrypt::set_code_array() {
    // 設定 a 、 b 值
    int a = 3;
    int b = 5;

    // 利用公式建立密碼表字串
    int x, y, m;
    char c = 'a';
    string s;
    int i;
    for (i = 0; i < 26; i++) {
        x = c;
        y = x * a + b;
        m = y % 26;
        s += m + 97;
        c++;
    }

    // 將建立好的密碼表直接設定給成員變數
    code_array = s;
}

// 回傳密碼表字串的 getter 成員函數
string Encrypt::get_code_array() {
    return code_array;
}

/* 程式語言教學誌》的範例程式
   http://kaiching.org/
   檔名：encrypt01.cxx
   功能：實作發展中版本的 Encrypt 類別
   作者：張凱慶 */

我們用另外一個程式 (program) 來測試目前的版本吧！因為 ToEncode() 跟 ToDecode() 都還沒實作，所以就印出密碼表來看看就好了

// 引入標準程式庫中的 iostream
#include <iostream>
// 引入 Encrypt 類別的標頭檔
#include "encrypt01.h"

// 使用 std 中的兩個名稱
using std::cout; // 標準輸出串流的物件
using std::endl; // 新行符號，等於 '\n'

// 程式執行的 main() 函數
int main() {
    // 印出空白一行
    cout << endl;

    // 建立 Encrypt 物件
    Encrypt encryptor;
    // 印出密碼表字串
    cout << encryptor.get_code_array() << endl << endl;

    return 0;
}

/* 《程式語言教學誌》的範例程式
   http://kaiching.org/
   檔名：encrypt_demo01.cxx
   功能：實作發展中版本 Encrypt 類別的測試程式
   作者：張凱慶 */

編譯執行，結果如下

-encrypt_demo01-

結果如預期，一個英文小寫字母恰恰好對應到另外一個英文小寫字母，這樣我們的公式就 ok 了嗎？a 等於 3 跟 b 等於 5 是沒問題的，可是我們希望 a 與 b 可以是 0 到 9 之間的任意整數，這樣就有 100 種組合說，所以我們接下來要繼續測試，看看是不是每一種組合都 ok 囉！

中英文術語對照
指派assign
字元character
整數integer
迴圈loop
程式program
標準程式庫standard library
字串string
變數variable
重點整理
1. 實作 set_code_array() 是先將公式中的 a 設成 3 ， b 設成 5 ，然後用迴圈利用兩個控制變數 i 與 c 逐一計算每個字元。
2. 字元型態就是範圍較小的整數，因此可直接進行算術運算。
3. 計算完的整數直接與字串進行運算，加號在字串類別重載過，因此可把轉換成字元的整數附加到字串的最後。
問題與討論
1. 為什麼不把建立對換表格直接寫在建構函數裡就好了？
2. 為什麼字串變數用 += 可以把字元附加到字串物件的最後？
練習
1. 字元陣列的最後一個元素如果是 '\0' 就可以跟字串進行比較，寫一個程式 exercise1501.cxx ，宣告相同內容的字元陣列及字串，例如 "hello" ，在字元陣列的結尾加上 '\0' ，然後利用比較相等運算子 == 測試兩者內容是否相等，如果相等就印出 "equal" ，不相等印出 "not equal" 。 參考程式碼
2. 陣列識別字就是指標，寫一個程式 exercise1502.cxx ，宣告建立一個整數陣列，然後將整數陣列的識別字指派給整數指標變數，利用這個指標變數印出陣列的所有元素值。 參考程式碼
3. 標準程式庫中的 array 是物件形式的陣列，可以利用角括弧宣告陣列的型態及元素個數，例如 array<int, 5> 是含有五個元素的整數陣列，寫一個程式 exercise1503.cxx ，分別宣告整數陣列 int a1[] 及 array<int, 5> a2 ，利用字面常數指派陣列內容，然後逐次比較兩個陣列， array 可用 at() 取得索引值的內容，如果比較結果相同就印出元素值，不相同就印出 "n" 。 參考程式碼
4. 標準程式庫中的 array 同樣可以用中括弧及索引值存取與修改元素內容，另外 empty() 可判斷是否為空陣列， size() 回傳陣列元素總數，寫一個程式 exercise1504.cxx ，先利用字面常數設定陣列內容，再利用中括弧及索引值修改任意兩個元素內容，然後判斷陣列是否為空，如果不為空就印出全部的元素。 參考程式碼
5. 標準程式庫中的 array 還有其他好用的成員函數，寫一個程式 exercise1505.cxx ，宣告建立一個整數陣列，然後利用 front() 印出第一個元素， back() 印出最後一個元素。 參考程式碼
6. 基本內建型態利用小括弧，例如 (char) 97 ，就可以把整數 97 轉換成字元 'a' ，另外也可用關鍵字 static_cast 加上角括弧轉換成角括弧中指定的型態， static_cast 會在編譯期間做型態是否相容的檢查，寫一個程式 exercise1506.cxx ，宣告 int 變數 a 為 97 ，然後利用 (char) 及 static_cast<char> 轉換變出 a 為字元，並且印出轉換後的結果。 參考程式碼
7. 承上題，同樣的方式可以用在 int 轉換成 short ，但是 short 的範圍較小，因此如果 int 型態的變數數值超出 short 的範圍就會發生溢位，寫一個程式 exercise1507.cxx ，宣告 int 變數 a 為 32768 ，然後印出轉換成 short 的結果。 參考程式碼
8. 承上題，同樣在 long 轉換成 int 也會有溢位問題，寫一個程式 exercise1508.cxx ，宣告 long 變數 a 為 2147483648 ，然後印出轉換成 int 的結果。 參考程式碼
9. 承上題，同樣的方式可以用在浮點數轉換成整數，例如 float 轉換成 int ，寫一個程式 exercise1509.cxx ，宣告 float 變數 a 為 10.51 ，然後印出轉換成 int 的結果。 參考程式碼
10. 承上題，如果是字串要轉換成整數或浮點數，例如 "99.99" 轉換成 int 或 float ，需要用到標準程式庫中 string 的 stoi() 或 stof() ，寫一個程式 exercise1510.cxx ，宣告 string 變數 a 為 "99.99" ，然後印出轉換成 int 及 float 的結果。 參考程式碼

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