Программирование на C++

Цель занятия: закрепить контейнер фиксированного размера и научиться передавать функцию или предикат как параметр алгоритма.

Необходимые темы и конструкции C++:

• std::array: инициализация, size, fill, front, back, итераторы
• указатели на функции и псевдонимы через using
• callback-функции, предикаты и массивы указателей на функции
• std::span только как обзорное невладеющее представление диапазона

Структура проекта

Разместите решение в следующих файлах:

• main.cpp
• callbacks.h
• callbacks.cpp

Общие требования

• Соблюдайте указанные сигнатуры функций: ввод и вывод организуйте в main.
• Проверьте каждую функцию не менее чем на трёх наборах данных, включая граничный случай.
• Не используйте средства, которые не перечислены в разделе необходимых тем, если условие прямо их не разрешает.

Основные задания

1. Обработка std::array

   Для массива из восьми вещественных измерений вычислить сумму, среднее и число элементов, превышающих среднее. Реализуйте вычисления обычными циклами по std::array.

   Требуемая сигнатура:

   double sum(const std::array<double, 8>& values);
   double mean(const std::array<double, 8>& values);
   int count_above(const std::array<double, 8>& values, double level);

   Входные данные / вызов	Результат
   [2, 4, 4, 6, 8, 8, 8, 8]	mean=6; count_above=4

2. Преобразование массива функцией

   Применить переданную функцию к каждому элементу массива. Проверьте алгоритм с функциями возведения в квадрат, изменения знака и увеличения на единицу.

   Требуемая сигнатура:

   using Transform = int(*)(int);
   void transform(int* data, size_t size, Transform operation);

   Требования:

   • Перед вызовом проверьте, что указатель на функцию не равен nullptr.

   Входные данные / вызов	Результат
   [1, -2, 3], square	[1, 4, 9]

3. Отбор по предикату

   Скопировать в результирующий массив элементы исходного массива, для которых предикат возвращает true. Функция возвращает число записанных элементов.

   Требуемая сигнатура:

   using Predicate = bool(*)(int);
   int copy_if(const int* source, size_t size, int* result, Predicate predicate);

   Требования:

   • Сохраните исходный порядок элементов.
   • Проверьте функции is_even, is_positive и is_two_digit.

   Входные данные / вызов	Результат
   [-12, 5, 18, 0, 7], is_two_digit	[-12, 18]; size=2

4. Отбор по предикату

   Дан массив вещественных чисел размера size. Также дана функция-предикат, принимающая вещественный параметр и возвращающая логическое значение. Преобразовать массив, сместив элементы, удовлетворяющие предикату к началу массива. Функция возвращает количество "хороших" элементов, удовлетворяющих предикату. Для определения типа предиката определяем указатель на функцию

   using double_predicate = bool(*)(double);

   Сигнатура функции следующая:

   size_t filter_double(double* array, size_t size, double_predicate pred);

   Проверить работы для функции, возвращающей истину для функции, возвращающей истину для положительных чисел, а также для функции, возвращающей истину для чисел, по модулю меньших переменной LIMIT. Переменную LIMIT определяем в заголовочном файле следующим образом

   extern double LIMIT;

   затем определяем саму функцию

   bool limited(double x);

   а в main.cpp сперва перед функцией main определяем LIMIT

   double LIMIT;

   и в самой функции main() присваиваем ей значение

   LIMIT = 1; //(например)

5. Обработка двух массивов

   Даны два массива целых чисел одинакового размера. Также дана функция f, принимающая два целых параметра и возвращающая целое значение. Построить новый массив по правилу

   c[i] = f(a[i], b[i]);

   Определяем указатель на функцию

   using zip_int = int(*)(int, int);

   Сигнатура функции следующая:

   template<size_t N>
   array<int, N> zip_arrays(const array<int, N>& a, const array<int, N>& b, zip_int f);

   Проверить работы для функций, возвращающих сумму и максимум двух целых чисел.

Домашнее задание

1. Нормализация измерений

   Преобразовать непостоянный массив вещественных чисел так, чтобы его минимальный элемент стал 0, а максимальный — 1:

   \[ y_i=\frac{x_i-x_{min}}{x_{max}-x_{min}}. \]

   Требуемая сигнатура:

   void normalize(std::array<double, 10>& values);

   Требования:

   • Если все элементы равны, заполните массив нулями.

2. Табличный калькулятор

   Создать массив указателей на четыре функции: сложение, вычитание, умножение и деление. По номеру операции вызвать соответствующую функцию.

   Требуемая сигнатура:

   using BinaryOperation = double(*)(double, double);
   double calculate(double left, double right, int operation, const std::array<BinaryOperation, 4>& operations);

   Требования:

   • Номер операции должен находиться в диапазоне 0–3.
   • Деление на ноль обработайте до вызова функции деления.

3. Обработка строк матрицы по условию

   Для каждой строки статической матрицы, удовлетворяющей предикату, вычислить значение переданного агрегатора. Предикат проверяет строку целиком, агрегатор получает указатель на её первый элемент и длину.

   Требуемая сигнатура:

   using RowPredicate = bool(*)(const int*, int);
   using RowAggregate = long long(*)(const int*, int);
   constexpr int COLS = 4;
   void process_rows(const int matrix[][COLS], int rows, RowPredicate predicate, RowAggregate aggregate);

   Требования:

   • Проверьте предикат «все элементы положительны» и агрегатор суммы.