小项目：图书借阅
这一课不讲新东西，而是把前面学过的拼成一个小程序：一个社区图书室的借阅记录。书架上有几本书；有人来借，有人来还；随时能查谁借了什么。我们一步一步搭，每一步都是能运行的完整程序。
要做什么
先想清楚要记哪些东西、要做哪些事：
| 要记的 | 用什么 |
|---|---|
| 一本书：书名、作者、借出去没有 | class Book |
| 书架上的全部书 | std::vector<Book> |
| 谁借了哪几本 | std::map<std::string, std::vector<std::string>>：人名对应书名的清单 |
要做的事，每一件写成一个函数：加书、按书名找书、显示书架、借书、还书、显示谁借了什么。
第一步：Book 类
一本书有三样：书名、作者、借出去没有。成员都是 private，外面通过成员函数读；只有「借出去没有」能改：
main.cpp
1#include <iostream>2#include <string>3 4class Book {5public:6 Book(const std::string& title, const std::string& author)7 : title_(title), author_(author), borrowed_(false) {}8 const std::string& title() const { return title_; }9 const std::string& author() const { return author_; }10 bool borrowed() const { return borrowed_; }11 void set_borrowed(bool value) { borrowed_ = value; }12 13private:14 std::string title_;15 std::string author_;16 bool borrowed_;17};18 19void show_book(const Book& b) {20 std::cout << "《" << b.title() << "》" << b.author();21 if (b.borrowed()) {22 std::cout << "（已借出）";23 }24 std::cout << '\n';25}26 27int main() {28 Book b{"三体", "刘慈欣"};29 show_book(b);30 b.set_borrowed(true);31 show_book(b);32 return 0;33}
输出
《三体》刘慈欣 《三体》刘慈欣（已借出）
读书名的成员函数返回 const std::string&：不复制，外面也改不了。show_book 是普通函数，只读，所以参数是 const Book&。
第二步：书架
书架就是一个 std::vector<Book>。再加三个函数：add_book 往书架上放一本，find_book 按书名找、返回下标（找不到返回 -1），show_books 一本一本显示：
main.cpp
1#include <iostream>2#include <string>3#include <vector>4 5class Book {6public:7 Book(const std::string& title, const std::string& author)8 : title_(title), author_(author), borrowed_(false) {}9 const std::string& title() const { return title_; }10 const std::string& author() const { return author_; }11 bool borrowed() const { return borrowed_; }12 void set_borrowed(bool value) { borrowed_ = value; }13 14private:15 std::string title_;16 std::string author_;17 bool borrowed_;18};19 20void show_book(const Book& b) {21 std::cout << "《" << b.title() << "》" << b.author();22 if (b.borrowed()) {23 std::cout << "（已借出）";24 }25 std::cout << '\n';26}27 28void add_book(std::vector<Book>& books, const std::string& title, const std::string& author) {29 books.push_back(Book{title, author});30}31 32int find_book(const std::vector<Book>& books, const std::string& title) {33 for (std::size_t i = 0; i < books.size(); i++) {34 if (books[i].title() == title) {35 return static_cast<int>(i);36 }37 }38 return -1;39}40 41void show_books(const std::vector<Book>& books) {42 for (const auto& b : books) {43 show_book(b);44 }45}46 47int main() {48 std::vector<Book> books;49 add_book(books, "三体", "刘慈欣");50 add_book(books, "活着", "余华");51 add_book(books, "围城", "钱钟书");52 show_books(books);53 std::cout << "活着：下标 " << find_book(books, "活着") << '\n';54 std::cout << "红楼梦：下标 " << find_book(books, "红楼梦") << '\n';55 return 0;56}
输出
《三体》刘慈欣 《活着》余华 《围城》钱钟书 活着：下标 1 红楼梦：下标 -1
为什么 find_book 返回下标，不返回 Book& 或者指针？第 28 课说过：书架再加书时 vector 可能搬家，之前拿到的引用、指针就不能用了；下标永远没问题。
第三步：谁借了什么
借书记录是一个 map：键是人名，值是这个人借的书名清单（一个 vector）。先单独试试它，看清楚它的样子。点单步，看 loans 里每个名字后面挂着一排格子：
main.cpp
1#include <iostream>2#include <map>3#include <string>4#include <vector>5 6void show_loans(const std::map<std::string, std::vector<std::string>>& loans) {7 if (loans.empty()) {8 std::cout << "没有人借书\n";9 }10 for (const auto& kv : loans) {11 std::cout << kv.first << "：";12 for (const auto& t : kv.second) {13 std::cout << "《" << t << "》";14 }15 std::cout << '\n';16 }17}18 19int main() {20 std::map<std::string, std::vector<std::string>> loans;21 show_loans(loans);22 loans["小林"].push_back("三体");23 loans["小王"].push_back("活着");24 loans["小林"].push_back("围城");25 show_loans(loans);26 return 0;27}
输出
没有人借书 小林：《三体》《围城》 小王：《活着》
loans["小林"].push_back(...) 用的正是第 13 课说的「方括号找不到就新建」：小林第一次借书时，map 先给他建一个空清单，再把书名放进去。这里新建正是我们要的；可只想查的时候，它就是坑：
先猜一猜
最后一行显示什么？
1#include <iostream>2#include <map>3#include <string>4#include <vector>5 6int main() {7 std::map<std::string, std::vector<std::string>> loans;8 loans["小林"].push_back("三体");9 std::cout << "小王借了 " << loans["小王"].size() << " 本\n";10 std::cout << loans.size() << '\n';11 return 0;12}
loans["小王"] 找不到小王，就给他新建了一个空清单。现在表里有小林和小王两个人，show_loans 会多显示一行「小王：」。所以下面还书时，查人用 find。
输出
第四步：借书
借书要先检查两件事：有没有这本书、是不是已经借出去了。都没问题，就把书标成借出，再记到这个人的清单上：
main.cpp
1#include <iostream>2#include <map>3#include <string>4#include <vector>5 6class Book {7public:8 Book(const std::string& title, const std::string& author)9 : title_(title), author_(author), borrowed_(false) {}10 const std::string& title() const { return title_; }11 const std::string& author() const { return author_; }12 bool borrowed() const { return borrowed_; }13 void set_borrowed(bool value) { borrowed_ = value; }14 15private:16 std::string title_;17 std::string author_;18 bool borrowed_;19};20 21int find_book(const std::vector<Book>& books, const std::string& title) {22 for (std::size_t i = 0; i < books.size(); i++) {23 if (books[i].title() == title) {24 return static_cast<int>(i);25 }26 }27 return -1;28}29 30void borrow_book(std::vector<Book>& books, std::map<std::string, std::vector<std::string>>& loans,31 const std::string& person, const std::string& title) {32 int i = find_book(books, title);33 if (i == -1) {34 std::cout << "没有《" << title << "》这本书\n";35 return;36 }37 if (books[i].borrowed()) {38 std::cout << "《" << title << "》已经借出去了\n";39 return;40 }41 books[i].set_borrowed(true);42 loans[person].push_back(title);43 std::cout << person << " 借走了《" << title << "》\n";44}45 46int main() {47 std::vector<Book> books;48 books.push_back(Book{"三体", "刘慈欣"});49 books.push_back(Book{"活着", "余华"});50 std::map<std::string, std::vector<std::string>> loans;51 borrow_book(books, loans, "小林", "三体");52 borrow_book(books, loans, "小王", "三体");53 borrow_book(books, loans, "小王", "红楼梦");54 borrow_book(books, loans, "小王", "活着");55 std::cout << "小王借了 " << loans["小王"].size() << " 本\n";56 return 0;57}
输出
小林 借走了《三体》 《三体》已经借出去了 没有《红楼梦》这本书 小王 借走了《活着》 小王借了 1 本
books 和 loans 都要改，所以都按引用传；person 和 title 只读，按 const 引用传。出了问题就显示一句、return，后面的不做：先把不行的情况挡掉，剩下的就是正常的借书。
第五步：还书
还书反过来：先用 find 查这个人有没有借书记录（不用方括号，免得新建），再在他的清单里找这本书，用第 27 课的 erase 删掉。清单空了，就把这个人整个从 map 里删掉。下面是完整的程序，演一遍图书室的一天：
main.cpp
1#include <algorithm>2#include <iostream>3#include <map>4#include <string>5#include <vector>6 7class Book {8public:9 Book(const std::string& title, const std::string& author)10 : title_(title), author_(author), borrowed_(false) {}11 const std::string& title() const { return title_; }12 const std::string& author() const { return author_; }13 bool borrowed() const { return borrowed_; }14 void set_borrowed(bool value) { borrowed_ = value; }15 16private:17 std::string title_;18 std::string author_;19 bool borrowed_;20};21 22int find_book(const std::vector<Book>& books, const std::string& title) {23 for (std::size_t i = 0; i < books.size(); i++) {24 if (books[i].title() == title) {25 return static_cast<int>(i);26 }27 }28 return -1;29}30 31void borrow_book(std::vector<Book>& books, std::map<std::string, std::vector<std::string>>& loans,32 const std::string& person, const std::string& title) {33 int i = find_book(books, title);34 if (i == -1 || books[i].borrowed()) {35 std::cout << "借不了《" << title << "》\n";36 return;37 }38 books[i].set_borrowed(true);39 loans[person].push_back(title);40}41 42void return_book(std::vector<Book>& books, std::map<std::string, std::vector<std::string>>& loans,43 const std::string& person, const std::string& title) {44 auto found = loans.find(person);45 if (found == loans.end()) {46 std::cout << person << " 没有借书\n";47 return;48 }49 std::vector<std::string>& titles = found->second;50 auto it = std::find(titles.begin(), titles.end(), title);51 if (it == titles.end()) {52 std::cout << person << " 没有借《" << title << "》\n";53 return;54 }55 titles.erase(it);56 if (titles.empty()) {57 loans.erase(found);58 }59 books[find_book(books, title)].set_borrowed(false);60 std::cout << person << " 还了《" << title << "》\n";61}62 63void show_loans(const std::map<std::string, std::vector<std::string>>& loans) {64 for (const auto& kv : loans) {65 std::cout << kv.first << "：";66 for (const auto& t : kv.second) {67 std::cout << "《" << t << "》";68 }69 std::cout << '\n';70 }71}72 73int main() {74 std::vector<Book> books;75 books.push_back(Book{"三体", "刘慈欣"});76 books.push_back(Book{"活着", "余华"});77 books.push_back(Book{"围城", "钱钟书"});78 std::map<std::string, std::vector<std::string>> loans;79 borrow_book(books, loans, "小林", "三体");80 borrow_book(books, loans, "小林", "围城");81 borrow_book(books, loans, "小王", "活着");82 show_loans(loans);83 return_book(books, loans, "小王", "活着");84 return_book(books, loans, "小林", "活着");85 return_book(books, loans, "小张", "三体");86 show_loans(loans);87 return 0;88}
输出
小林：《三体》《围城》 小王：《活着》 小王 还了《活着》 小林 没有借《活着》 小张 没有借书 小林：《三体》《围城》
点单步，看小王还书以后，loans 里他那一行整个消失了。loans.erase(found) 之后 titles 绑着的那个清单也没了，所以后面不能再用 titles：这里也确实没再用。
回头看看
一百来行，用到了这门课的很多东西：
class把一本书的数据藏起来，只留该留的成员函数（第 15 课）；vector当书架，map加vector记借阅，各管各的；- 函数按引用传要改的、按
const引用传只读的（第 10 课）； - 找书返回下标，不返回引用（第 28 课）；
- 只想查的时候用
find，不用方括号（第 13 课）； - 迭代器配
erase删掉清单里的一项（第 27 课）。
小技巧： 程序再大一些，可以把 books 和 loans 一起放进一个 class Library，让借书、还书都变成它的成员函数，main 里就不用每次都传两个容器了。
练一练
写好代码，点检查。提示随便看，实在想不出来再看答案。三道题都是给图书室加一个功能。
练习 1
架上还有几本
✓写好 count_available：数一数书架上没借出去的书有几本。main 已经写好了。
要显示
架上还有 3 本
exercise1.cpp
1#include <iostream>2#include <string>3#include <vector>4 5class Book {6public:7 Book(const std::string& title, bool borrowed) : title_(title), borrowed_(borrowed) {}8 const std::string& title() const { return title_; }9 bool borrowed() const { return borrowed_; }10 11private:12 std::string title_;13 bool borrowed_;14};15 16int count_available(const std::vector<Book>& books) {17 int count = 0;18 19 return count;20}21 22int main() {23 std::vector<Book> books;24 books.push_back(Book{"三体", true});25 books.push_back(Book{"活着", false});26 books.push_back(Book{"围城", false});27 books.push_back(Book{"边城", true});28 books.push_back(Book{"红楼梦", false});29 std::cout << "架上还有 " << count_available(books) << " 本\n";30 return 0;31}
输出点「运行」或按 Ctrl+Enter
练习 2
按作者找书
✓写好 show_by_author：显示这位作者的每一本书，一行一本；一本也没有就显示 没有这位作者的书。
要显示
《活着》 《兄弟》 没有这位作者的书
exercise2.cpp
1#include <iostream>2#include <string>3#include <vector>4 5class Book {6public:7 Book(const std::string& title, const std::string& author) : title_(title), author_(author) {}8 const std::string& title() const { return title_; }9 const std::string& author() const { return author_; }10 11private:12 std::string title_;13 std::string author_;14};15 16void show_by_author(const std::vector<Book>& books, const std::string& author) {17 18}19 20int main() {21 std::vector<Book> books;22 books.push_back(Book{"活着", "余华"});23 books.push_back(Book{"三体", "刘慈欣"});24 books.push_back(Book{"兄弟", "余华"});25 show_by_author(books, "余华");26 show_by_author(books, "鲁迅");27 return 0;28}
输出点「运行」或按 Ctrl+Enter
练习 3
每人最多借两本
✓给 borrow_book 加一条规矩：这个人手里已经有 2 本，就显示 小林 已经借了 2 本 并且不借给他。
要显示
小林 借走了《三体》 小林 借走了《活着》 小林 已经借了 2 本 小王 借走了《围城》
exercise3.cpp
1#include <iostream>2#include <map>3#include <string>4#include <vector>5 6void borrow_book(std::map<std::string, std::vector<std::string>>& loans,7 const std::string& person, const std::string& title) {8 loans[person].push_back(title);9 std::cout << person << " 借走了《" << title << "》\n";10}11 12int main() {13 std::map<std::string, std::vector<std::string>> loans;14 borrow_book(loans, "小林", "三体");15 borrow_book(loans, "小林", "活着");16 borrow_book(loans, "小林", "围城");17 borrow_book(loans, "小王", "围城");18 return 0;19}
输出点「运行」或按 Ctrl+Enter
这一课学会了
- 先想清楚要记什么（用哪种容器）、要做什么（写成哪些函数），再一步一步写，每一步都能运行。
- 一样东西的数据放进
class，成员private，用成员函数读和改。 - 一组东西放
vector；「谁对应什么」放map；map的值也可以是vector。 - 要改的容器按引用传，只读的按
const引用传。 - 指向
vector元素时记下标，不记引用；只查不建用find；删清单里的一项用迭代器和erase。 - 函数开头先把不行的情况挡掉（显示一句、
return），剩下的就是正常情况。