定义一个集合类setColour，要求元素为枚举类型值
目录
题目
前言
集合的实现的两种方法：
枚举类型：
方式一
总体实现原理
各函数实现
构造函数
拷贝构造函数和赋值运算符重载
“>>”的 重载
“<<”的重载
集合运算符重载
总体实现代码
方式二
总体实现原理
各函数实现
“>>”的 重载
“<<”的重载
集合运算符重载
总体实现代码
测试主函数
测试用例与结果
题目
定义一个集合类setColour，要求元素为枚举类型值。例如，
enum colour { red, yellow, blue, white, black };
集合类实现交、并、差、属于、蕴含、输入、输出等各种基本运算。设计main函数测试setColour类的功能。
前言
集合的实现的两种方法：
1.用bool数组每个数组元素存储一种集合元素
2.用一个unsigned int存储，每一个二进制位代表一个集合元素
从实现上，方法一更好理解，但无论是从时间角度、空间角度还是代码量（行数足足有二倍之差）方法二都有明显优势。
下文将分别对两种方法进行讲解，除集合的实现原理不同，在方式二的实现过程中，还进行了实现方式的优化和代码拓展性的延申，可以在宏变量增加元素。
枚举类型：
在枚举类型中，共五种颜色，若不进行初始化，其默认从0开始向后累加1，如下测试：
方式一
总体实现原理
1.我们定义一个bool型数组作为成员变量，长度为4，每个位置作为以一种颜色，此颜色在集合中，就置1，否则为0，如下：
2.接下来，各种集合运算就可以通过遍历数组，对每一个元素进行逻辑运算操作而实现。
各函数实现
class setColour
{
public:setColour();//构造函数setColour(const setColour& c);//拷贝构造函数setColour& operator=(const setColour& c);//赋值运算符重载setColour operator+(setColour& c2);//并集setColour operator*(setColour& c2);//交集setColour operator-(setColour& c2);//差集friend bool operator<(colour c, setColour& c2);//属于bool operator<=(setColour& c2);//包含于friend ostream& operator<<(ostream& output, const setColour& c);//流插入运算符重载friend istream& operator>>(istream& input, setColour& c);//流提取运算符重载
private:bool* _colourStatus;
};为使集合的运算更直观，我们对“ * + - <= < ”等符号进行重载，用来代表交、并、差、蕴含、属于等集合运算。
| * | + | - | <= | < |
|
交集（两个集合同时存在的元素集合） |
并集（两个集合的所有元素集合） | 差集（前一个集合有后一个集合没有的元素集合） | 蕴含（右蕴含左） | 属于（左侧元素属于右侧集合） |
构造函数
构造数组，并将每个元素初始化为0：
setColour::setColour()
{_colourStatus = new bool[5];for (int i = 0; i < 5; i++){_colourStatus[i] = 0;}
}拷贝构造函数和赋值运算符重载
由于我们的成员变量是动态开辟的，但编译器给的默认拷贝构造函数和赋值重载只会进行浅拷贝，在对象析构的时候，会出现两个对象delete同一块内存的情况，而引发报错，所以我们要自己写两个深拷贝的，保证复制出的数组和原来的数组不是同一块空间：
setColour::setColour(const setColour& c)
{_colourStatus = new bool[5];for (int i = 0; i < 5; i++){_colourStatus[i] = c._colourStatus[i];}
}
setColour& setColour::operator=(const setColour& c)
{if (this != &c){_colourStatus = new bool[5];for (int i = 0; i < 5; i++){_colourStatus[i] = c._colourStatus[i];}return *this;}
}“>>”的 重载
在输入时，我们会输入一个字符串来表示这个集合，或添加某个元素，所以我们要用到strstr（）这个函数进行颜色元素的检索，再进行数组写入：
istream& operator>>(istream& input, setColour& c)
{char inColour[30] = { 0 };cin.getline(inColour, 30);if (strstr(inColour, "red")){c._colourStatus[(int)red] = 1;}if (strstr(inColour, "yellow")){c._colourStatus[(int)yellow] = 1;}if (strstr(inColour, "blue")){c._colourStatus[(int)blue] = 1;}if (strstr(inColour, "white")){c._colourStatus[(int)white] = 1;}if (strstr(inColour, "black")){c._colourStatus[(int)black] = 1;}return input;
}“<<”的重载
循环数组每一个元素，若此元素为1，则对这个下标表示的颜色进行输出（counter是用于格式控制的）
ostream& operator<<(ostream& output, const setColour& c)
{cout << "{ ";int counter = 0;for (int i = 0; i < 5; i++){if (c._colourStatus[i]){switch (i){case 0:cout << "red, ";break;case 1:cout << "yellow, ";break;case 2:cout << "blue, ";break;case 3:cout << "white, ";break;case 4:cout << "black, ";break;default:break;}counter++;}}if (counter > 0){cout << "\b\b }";}else{cout << "\b}";}return output;
}集合运算符重载
实现大致相同，都是遍历每一个元素进行逻辑运算：
setColour setColour::operator*(setColour& c2)
{setColour newSet;for (int i = 0; i < 5; i++){newSet._colourStatus[i] = _colourStatus[i] && c2._colourStatus[i];}return newSet;
}
setColour setColour::operator+(setColour& c2)
{setColour newSet;for (int i = 0; i < 5; i++){newSet._colourStatus[i] = _colourStatus[i] || c2._colourStatus[i];}return newSet;
}
setColour setColour::operator-(setColour& c2)
{setColour newSet;for (int i = 0; i < 5; i++){newSet._colourStatus[i] = _colourStatus[i] && !c2._colourStatus[i];}return newSet;
}
bool operator<(colour c, setColour& c2)
{if (c2._colourStatus[(int)c])return 1;elsereturn 0;
}
bool setColour::operator<=(setColour& c2)
{for (int i = 0; i < 5; i++){if (_colourStatus[i] && !c2._colourStatus[i]){return 0;}}return 1;
}
总体实现代码
#include <assert.h>
#include <string.h>
#include <iostream>
using namespace std;
enum colour { red, yellow, blue, white, black };
class setColour
{
public:setColour();setColour(const setColour& c);setColour& operator=(const setColour& c);//赋值setColour operator+(setColour& c2);//并集setColour operator*(setColour& c2);//交集setColour operator-(setColour& c2);//差集friend bool operator<(colour c, setColour& c2);//属于bool operator<=(setColour& c2);//包含于friend ostream& operator<<(ostream& output, const setColour& c);friend istream& operator>>(istream& input, setColour& c);
private:bool* _colourStatus;
};
setColour::setColour()
{_colourStatus = new bool[5];for (int i = 0; i < 5; i++){_colourStatus[i] = 0;}
}
setColour::setColour(const setColour& c)
{_colourStatus = new bool[5];for (int i = 0; i < 5; i++){_colourStatus[i] = c._colourStatus[i];}
}
setColour& setColour::operator=(const setColour& c)
{if (this != &c){_colourStatus = new bool[5];for (int i = 0; i < 5; i++){_colourStatus[i] = c._colourStatus[i];}return *this;}
}
setColour setColour::operator*(setColour& c2)
{setColour newSet;for (int i = 0; i < 5; i++){newSet._colourStatus[i] = _colourStatus[i] && c2._colourStatus[i];}return newSet;
}
setColour setColour::operator+(setColour& c2)
{setColour newSet;for (int i = 0; i < 5; i++){newSet._colourStatus[i] = _colourStatus[i] || c2._colourStatus[i];}return newSet;
}
setColour setColour::operator-(setColour& c2)
{setColour newSet;for (int i = 0; i < 5; i++){newSet._colourStatus[i] = _colourStatus[i] && !c2._colourStatus[i];}return newSet;
}
bool operator<(colour c, setColour& c2)
{if (c2._colourStatus[(int)c])return 1;elsereturn 0;
}
bool setColour::operator<=(setColour& c2)
{for (int i = 0; i < 5; i++){if (_colourStatus[i] && !c2._colourStatus[i]){return 0;}}return 1;
}
ostream& operator<<(ostream& output, const setColour& c)
{cout << "{ ";int counter = 0;for (int i = 0; i < 5; i++){if (c._colourStatus[i]){switch (i){case 0:cout << "red, ";break;case 1:cout << "yellow, ";break;case 2:cout << "blue, ";break;case 3:cout << "white, ";break;case 4:cout << "black, ";break;default:break;}counter++;}}if (counter > 0){cout << "\b\b }";}else{cout << "\b}";}return output;
}
istream& operator>>(istream& input, setColour& c)
{char inColour[30] = { 0 };cin.getline(inColour, 30);if (strstr(inColour, "red")){c._colourStatus[(int)red] = 1;}if (strstr(inColour, "yellow")){c._colourStatus[(int)yellow] = 1;}if (strstr(inColour, "blue")){c._colourStatus[(int)blue] = 1;}if (strstr(inColour, "white")){c._colourStatus[(int)white] = 1;}if (strstr(inColour, "black")){c._colourStatus[(int)black] = 1;}return input;
}方式二
总体实现原理
1.这里我们只定义了一个unsigned int（这里size_t就是unsigned int）类型，用它的32个二进制位进行集合元素的存储。（此时这种方式的劣势也显现出来，定义的集合只能有32种元素，其实也可以申请一块连续空间（数组）拓展元素个数，实现了“站着挣钱”，但后续将不能直接对一个int直接进行位运算，还需进行额外实现，各位大神如果想进行实现或有任何见解欢迎评论区一起探讨）。
2.接下类的集合运算就可以通过对这个整形进行位运算而实现。
各函数实现
1. 前面的两个宏用来进行元素扩充，COLOUR_NUM用来更改元素个数，COLOUR_STR是元素对应的字符串，在后面cin/cout会用到，再对枚举类型进行元素添加即可实现集合元素扩充
2.由于没有动态开辟空间，这里将不再需要自己写拷贝构造，赋值重载。
“>>”的 重载
1.在输入时，我们会输入一个字符串来表示这个集合，或添加某个元素，所以我们要用到strstr（）这个函数进行颜色元素的检索，再进行数组写入：
2.很明显，相较方法一，这里的输入重载明显变短，那么是怎么做到的的呢？
我们定义一个字符串数组，用输入的字符串循环对这个数组进行匹配判断，从而对集合进行写入
3.如果匹配成功，这时的“ i ”就代表字符串数组的元素下标，同时也是这个颜色对应的enum赋值，也就是i代表了对应的颜色，这时我们将数字1进行左移 i 位，使它只有第 i 个二进制位是1，其他位都是0，再将这个数与原集合数字进行按位或，就可以将这一位赋值位真。
istream& operator>>(istream& input, setColour& c)
{const char* colourIn[COLOUR_NUM] = { COLOUR_STR };char inColour[30] = { 0 };cin.getline(inColour, 30);for (int i = 0; i < COLOUR_NUM; i++){if (strstr(inColour, colourIn[i])){c._colourStatus |= (1 << i);}}return input;
}“<<”的重载
输出函数原理大致与输入函数相同，只不过这次是循环检查哪一位是1，并打印第i位对应的字符串。
ostream& operator<<(ostream& output, const setColour& c)
{const char* colourOut[COLOUR_NUM] = { COLOUR_STR };cout << "{ ";int counter = 0;size_t colour_test = 1;for (int i = 0; i < COLOUR_NUM; i++){if (c._colourStatus & colour_test){cout << colourOut[i] << ", ";counter++;}colour_test <<= 1;}if (counter > 0){cout << "\b\b }";}else{cout << "\b}";}return output;
}集合运算符重载
实现大致相同，都是对元素进行位运算。
其他都好理解，这里差集要进行着重解释一下，差集就是被减集合减去交集，即：a & ~(a & b)，但为什么写了a & ~b呢？这里就需要大家有一点位运算或者离散数学的知识了，运算过程如下：
a & ~(a & b) <==> a&(~a | ~b) <==> (a & ~a) | (a & ~b) <==> 1 | (a & ~b) <==> a & ~b
setColour setColour::operator*(setColour& c2)
{return setColour(_colourStatus & c2._colourStatus);
}
setColour setColour::operator+(setColour& c2)
{return setColour(_colourStatus | c2._colourStatus);
}
setColour setColour::operator-(setColour& c2)
{return setColour(_colourStatus & ~c2._colourStatus);
}
bool operator<(colour c, setColour& c2)
{return c2._colourStatus & (1 << c);
}
bool setColour::setColour::operator<=(setColour& c2)
{return (_colourStatus | c2._colourStatus) == c2._colourStatus;
}总体实现代码
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <iostream>
using namespace std;
#define COLOUR_NUM 5
#define COLOUR_STR "red","yellow","blue","white","black"
enum colour { red, yellow, blue, white, black };
class setColour
{
public:setColour(size_t cS = 0);setColour operator+(setColour& c2);//并集setColour operator*(setColour& c2);//交集setColour operator-(setColour& c2);//差集friend bool operator<(colour c, setColour& c2);//属于bool operator<=(setColour& c2);//包含于friend ostream& operator<<(ostream& output, const setColour& c);friend istream& operator>>(istream& input, setColour& c);
private:size_t _colourStatus;
};
setColour::setColour(size_t cS)
{_colourStatus = cS;
}
setColour setColour::operator*(setColour& c2)
{return setColour(_colourStatus & c2._colourStatus);
}
setColour setColour::operator+(setColour& c2)
{return setColour(_colourStatus | c2._colourStatus);
}
setColour setColour::operator-(setColour& c2)
{return setColour(_colourStatus & ~c2._colourStatus);
}
bool operator<(colour c, setColour& c2)
{return c2._colourStatus & (1 << c);
}
bool setColour::setColour::operator<=(setColour& c2)
{return (_colourStatus | c2._colourStatus) == c2._colourStatus;
}
ostream& operator<<(ostream& output, const setColour& c)
{const char* colourOut[COLOUR_NUM] = { COLOUR_STR };cout << "{ ";int counter = 0;size_t colour_test = 1;for (int i = 0; i < COLOUR_NUM; i++){if (c._colourStatus & colour_test){cout << colourOut[i] << ", ";counter++;}colour_test <<= 1;}if (counter > 0){cout << "\b\b }";}else{cout << "\b}";}return output;
}
istream& operator>>(istream& input, setColour& c)
{const char* colourIn[COLOUR_NUM] = { COLOUR_STR };char inColour[30] = { 0 };cin.getline(inColour, 30);for (int i = 0; i < COLOUR_NUM; i++){if (strstr(inColour, colourIn[i])){c._colourStatus |= (1 << i);}}return input;
}测试主函数
void test1()
{setColour colour1;setColour colour2 = colour1;cout << "请输入两行颜色集合：（如：{red, yellow, blue})" << endl;cin >> colour1;cin >> colour2;setColour colour3 = colour1 * colour2;cout << "交集：" << colour3 << endl;colour3 = colour1 + colour2;cout << "并集：" << colour3 << endl;colour3 = colour1 - colour2;cout << "差集：" << colour3 << endl;if (red < colour1){cout << "red属于第一个集合" << endl;}else{cout << "red不属于第一个集合" << endl;}if (colour1 <= colour2){cout << "集合一包含于集合二" << endl;}else{cout << "集合一不包含于集合二" << endl;}
}
int main()
{test1();return 0;
}
测试用例与结果
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