【C++修炼之路第二章】日期类的实现

在这里插入图片描述

实现函数：

1、基本函数

构造函数
拷贝构造
析构函数
打印函数

2、运算符重载

小于小于等于
大于大于等于
判断相等
赋值运算
加等于减等于 （加减等于一个天数）（改变本身）
加减（加减一个天数）（不改变本身）
两个日期之间相隔天数
前置++ 和后置++（重点）
前置-- 和后置–

3、流插入 << 和流提取 >>

流插入：cout 输出 <<
流提取：cin 输入 >>

注意：我们日期类各个函数的实现是声明和定义分离：声明写在头文件，定义写在.cpp文件

4、实现总代码：Date.h 、Date.cpp

1、基本函数与类的框架

//Date.h
class Date
{
public:
	// 构造函数
	Date(int year, int month, int day);
	// 拷贝构造函数
	Date(const Date& d);

	// 析构函数：用默认的
	// ~Date(){}

	// 打印函数
	void Print() {
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day;
	}

	
private:
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
};


//Date.cpp
// 构造函数
Date::Date(int year, int month, int day)
	:_year(2024)
	, _month(1)
	, _day(1)
{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
}
// 拷贝构造函数
Date::Date(const Date& d) {
	_year = d._year;
	_month = d._month;
	_day = d._day;
}
// 打印函数
void Date::Print() {
	cout << _year << "/" << _month << "/" << _day;
}

2、运算符重载

我们先实现小于和判断相等两个重载函数，其他的函数都可以复用这两个函数实现

2.1 小于

// 赋值运算符重载
bool Date::operator<(const Date& d) const
{
	if (_year < d._year) return true;
	else if (_year == d._year) {
		if (_month < d._month) return true;
		else if (_month == d._month) {
			if (_day < d._day) return true;
		}
	}
	return false;
}

2.2 判断相等

bool Date::operator==(const Date& d) const
{
	return ((*this)._year == d._year &&
		(*this)._month == d._month &&
		(*this)._day == d._day);
}

2.3 大于、大于等于、小于等于、不等于

（1）大于

bool Date::operator>(const Date& d) const
{
	return !((*this) < d) && !((*this) == d);
}

（2）大于等于

bool Date::operator>=(const Date& d) const
{
	return !((*this) < d);
}

（3）小于等于

bool Date::operator<=(const Date& d) const
{
	return ((*this) < d || (*this) == d);
}

（4）不等于

bool Date::operator!=(const Date& d) const
{
	return !((*this) == d);
}

2.4 赋值运算

// 日期类都是没有指向资源的，只有内置类型：使用默认的赋值运算符重载函数也够了，这里我们手动实现
void Date::operator=(const Date& d)
{
	_year = d._year;
	_month = d._month;
	_day = d._day;
}

2.5 加等于 / 减等于（加减等于一个天数）（改变本身）

注意：我们这个函数需要考虑天数是负数的情况

d += -10 相当于 d -= 10
d -= -10 相当于 d += 10

注意：+= 和 -= 都是改变日期本身，因此直接修改 *this，同时返回该修改后的日期

为什么要返回该日期？
举例：
int t = 10;
t += 1;
本质上这个计算也需要返回 t，即返回左操作数，相当于更新操作数

// += 和 -= 要考虑 days 是负数的情况
Date& Date::operator+=(int days)
{
	if (days < 0) {
		(*this) -= (-days);
		return *this;
	}
	_day += days;
	while (_day > GetMonthDay(_year, _month)) {
		_day -= GetMonthDay(_year, _month);
		_month++;
		if (_month == 13) {
			_month = 1;
			_year++;
		}
	}
	return *this;
}

Date& Date::operator-=(int days)
{
	if (days < 0) {
		(*this) += (-days);
		return *this;
	}
	_day -= days;
	while (_day < 0) {
		_month--;
		if (_month ==  0) {
			_month = 12;
			_year--;
		}
		_day += GetMonthDay(_year, _month);
	}
	return *this;
}

// 获取该月的天数
// 因为这个函数会频繁的调用，因此写在类里面（其实类里面的函数都是内联函数）
int GetMonthDay(int year, int month)  const {
	assert(month > 0 && month < 13);
	static int  Month[13] = { 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };
	// 细节优化技巧
	// 这里将 Month写成静态的非常有意义：因为这个函数会频繁的调用，若 Month 开在栈上，则会频繁的销毁创建
	if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0)) return 29;
	else return Month[month];
}

实现思路：这里解释 += 函数的思路，-= 差不多
通过 GetMonthDay函数获取本月的天数
先_day += days;
然后while循环，不断 _day -= GetMonthDay(_year, _month); 一直减到天数无法凑满当月的天数
其中，不断进位，月进位，年进位

2.6 加减（加减一个天数）（不改变本身）

你可以发现，大部分函数都是复用前面实现的一小部分函数（这也是开发技巧，不要盲目的作重复的事，要懂得复用已经实现的东西）

Date& Date::operator+(int days)
{
	Date tmp = *this;
	tmp += days;
	return *this;
}

Date& Date::operator-(int days)
{
	Date tmp = *this;
	tmp -= days;
	return *this;
}

因为加减是不改变本身的，但是本身会存在执行的加减操作后的数，所有要返回一个加减后的数

如
int t = 10;
t + 10; // 这个操作不会改变 t
t = t + 10; // 虽然没有改变 t，但是 t + 10 这个表达式是有结果的

2.7 两个日期之间相隔天数

思路：以一个日期为基础，while 循环 +1 或 -1 不断靠近另一日期，最终相等，过程中累计的天数就是两个日期之间相隔天数
这个方法看起来有些耗时，但实际上现在的计算机一秒可以计算两亿多次，所以影响不会很大（若有更好的方法，欢迎大佬在评论区分享）

int Date::operator-(const Date& d)
{
	int flag = 1, cnt = 0;
	if ((*this) > d) flag = -1;
	Date tmp = (*this);
	while (tmp != d)
	{
		tmp += flag;
		cnt++;
	}

	return flag * cnt;
}

2.8 前置++ 和后置++（重点）

// 前置++
Date& Date::operator++()
{
	return (*this) += 1;
}
// 后置++
Date& Date::operator++(int)
{
	Date tmp = *this;
	*this += 1;
	return tmp;
}

有没有发现这两个函数名相同：没错这里就是函数重载
函数重载和运算符重载没有任何关系，各论各的
多个运算符重载函数可以构成函数重载：即同名运算符重载函数

为什么第二个函数有个 int 形参?
仅仅是为了区分，构成函数重载，给后置++，强行增加一个 int 形参（不用写形参名）
int 取什么值都行，这里仅仅只是祖师爷老本为了区分加上去的语法，没有其他的含义

后置++ 设计的思路：
后置++返回+1之前的值，同时本身已经+1
这里也就明白了后置++ 底层的运行逻辑：本身已经+1，只不过需要返回的值是之前的值

同时注意：若需要自定义类型++ 最好是前置++，后置++还要拷贝一次

2.9 前置-- 和后置–

原理参考：前置++ 和后置++

Date& Date::operator--()
{
	return *this -= 1;
}

Date Date::operator--(int)
{
	Date tmp = *this;
	*this -= 1;
	return tmp;
}

3、流插入 << 和流提取 >>

为什么要写这个重载函数？
为了使用 cout 和 cin 直接输入输出自定义类型

3.1 概念和原理实现

“<<” 是流插入运算符
“>>” 是流提取运算符

查看一下C++文档：
在这里插入图片描述
我们可以直接 cout << 10; 打印一个 int 等其他内置类型的数据到控制台上
左边的是第一个操作数 cout 、中间的是流插入运算符<< 、右边的是第二个操作数 int 类型的 10
对应重载函数为：ostream& operator<<(int val);

我们要想 cout 一个自定义类型
设计的重载函数是：ostream& operator<<(ostream & out);
使用格式为：至于为什么要传一个 ostream & 类型的 cout 参数过去，这里不讨论

// 调用函数的写法
d1.operator<<(cout); 
// 直接运用运算符的写法：<< 
d1 << cout;

你可以发现，根据现有的函数写法，我们只能这样写：d1 << cout;
明显不正常

作为类的重载函数，函数本身会隐藏一个 this指针变量在函数参数的一号位
即上面的 d1 ：一号位参数放在左边
若想把 d1 放在右边，cout 放在左边（符合常规格式）
就要想办法将 this指针放置二号位
但是又因为：函数是成员函数时，this 永远霸占第一个位置
因此，要想达到目的，就不能将该函数写成成员函数了，需要变成全局函数，可以无限制的，自己调整函数参数的位置
全局函数：ostream& operator<<(ostream& out, Date& d)
就可以这样写了：cout << d1; 可读性极强

⭐问题又来了！为什么连续输出不行 cout << d1 << d2;？

想想之前的连续赋值的实现原理：

a = b = c = 10;

原理：每次赋值后，返回左操作数，作为新的赋值式的右操作数
同理，要想实现连续 cout << d1 << d2; 需要返回 ostream& out 右操作符（因为本身你函数的顺序就调过来了）
因为出了函数作用域，out 还在，可以写成引用
out 是 cout 的别名，cout 是全局对象

3.1 函数实现

// 流插入函数
ostream& operator<<(ostream& out, Date& d) {
	out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day;
	return out;
}

// 流提取函数
istream& operator>>(istream& in, Date& d) {
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	if (!d.IsVaild()) {
		cout << "日期不合法\n";
	}
	return in;
}
bool Date::IsVaild()
{
	if (_year < 0 || _month < 0 || _month > 12 || _day < 0 || _day > GetMonthDay(_year, _month)) return false;
	return true;
}

因为这两个全局函数都需要使用到对象的私有成员
无法直接访问
则将这两个函数写成友元函数（在本篇博客中有讲解）

4、总代码

Date.h

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;


class Date
{
	friend ostream& operator<<(ostream& out, Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:
	// 构造函数
	Date(int year, int month, int day);
	// 拷贝构造函数
	Date(const Date& d);

	// 析构函数：用默认的
	// ~Date(){}

	// 重载
	bool operator<(const Date& d) const;
	bool operator<=(const Date& d) const;
	bool operator>(const Date& d) const;
	bool operator>=(const Date& d) const;
	bool operator==(const Date& d) const;
	bool operator!=(const Date& d) const;

	// 赋值运算符重载
	void operator=(const Date& d);


	// 日期 加减 等于 天数
	// 因为对象定义在 main函数，这里就可以返回 引用
	Date& operator+=(int days);
	Date& operator-=(int days);

	// 日期 加减 天数
	// 因为对象定义在 main函数，这里就可以返回 引用
	Date& operator+(int days);
	Date& operator-(int days);

	// 日期 减 日期
	int operator-(const Date& d);

	// 前置++ 和 后置++
	Date& operator++();
	Date& operator++(int);

	// 获取日期
	int GetMonthDay(int year, int month);

	// 打印函数
	void Print();

	// 判断日期是否合法
	bool IsVaild();
	
private:
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
};

Date.cpp

#include "Date.h"

// 构造函数
Date::Date(int year, int month, int day)
	:_year(2024)
	, _month(1)
	, _day(1)
{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
}
// 拷贝构造函数
Date::Date(const Date& d) {
	_year = d._year;
	_month = d._month;
	_day = d._day;
}


// 赋值运算符重载
bool Date::operator<(const Date& d) const
{
	if (_year < d._year) return true;
	else if (_year == d._year) {
		if (_month < d._month) return true;
		else if (_month == d._month) {
			if (_day < d._day) return true;
		}
	}
	return false;
}

bool Date::operator<=(const Date& d) const
{
	return ((*this) < d || (*this) == d);
}

bool Date::operator>(const Date& d) const
{
	return !((*this) < d) && !((*this) == d);
}

bool Date::operator>=(const Date& d) const
{
	return !((*this) < d);
}

bool Date::operator==(const Date& d) const
{
	return ((*this)._year == d._year &&
		(*this)._month == d._month &&
		(*this)._day == d._day);
}

bool Date::operator!=(const Date& d) const
{
	return !((*this) == d);
}

// 日期类都是没有控制资源的 内置类型：使用默认的赋值运算符重载函数也够了
void Date::operator=(const Date& d)
{
	_year = d._year;
	_month = d._month;
	_day = d._day;
}

// += 和 -= 要考虑 days 是负数的情况
Date& Date::operator+=(int days)
{
	if (days < 0) {
		(*this) -= (-days);
		return *this;
	}
	_day += days;
	while (_day > GetMonthDay(_year, _month)) {
		_day -= GetMonthDay(_year, _month);
		_month++;
		if (_month == 13) {
			_month = 1;
			_year++;
		}
	}
	return *this;
}

Date& Date::operator-=(int days)
{
	if (days < 0) {
		(*this) += (-days);
		return *this;
	}
	_day -= days;
	while (_day < 0) {
		_month--;
		if (_month ==  0) {
			_month = 12;
			_year--;
		}
		_day += GetMonthDay(_year, _month);
	}
	return *this;
}

Date& Date::operator+(int days)
{
	Date tmp = *this;
	tmp += days;
	return *this;
}

Date& Date::operator-(int days)
{
	Date tmp = *this;
	tmp -= days;
	return *this;
}

int Date::operator-(const Date& d)
{
	int flag = 1, cnt = 0;
	if ((*this) > d) flag = -1;
	Date tmp = (*this);
	while (tmp != d)
	{
		tmp += flag;
		cnt++;
	}

	return flag * cnt;
}

Date& Date::operator++()
{
	return (*this) += 1;
}

Date& Date::operator++(int)
{
	Date tmp = *this;
	*this += 1;
	return tmp;
}

int Date::GetMonthDay(int year, int month)
{
	int Month[13] = { 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };
	if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0)) Month[2] += 1;
	return Month[month];
}

void Date::Print() {
	cout << _year << "/" << _month << "/" << _day;
}

bool Date::IsVaild()
{
	if (_year < 0 || _month < 0 || _month > 12 || _day < 0 || _day > GetMonthDay(_year, _month)) return false;
	return true;
}

// 流插入函数
ostream& operator<<(ostream& out, Date& d) {
	out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day;
	return out;
}

// 流提取函数
istream& operator>>(istream& in, Date& d) {
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	if (!d.IsVaild()) {
		cout << "日期不合法\n";
	}
	return in;
}