C++学习之旅【C++类和对象（中）】 - 教程
引言:前篇小编开始了C++类和对象的学习,但只介绍了一点点内容,本篇是C++类和对象(中)的学习部分,也是整个类和对象里面最重要的部分,希望大家可以和小编一起好好去学习理解,那到底有哪些知识需要去学习呢?废话不多说,带着这些疑问,下面跟着小编的节奏一起学习吧！
1. 类的默认成员函数
默认成员函数就是⽤⼾没有显式实现,编译器会⾃动⽣成的成员函数称为默认成员函数.⼀个类,我们不写的情况下编译器会默认⽣成以下6个默认成员函数,需要注意的是这6个中最重要的是前4个,最后两个取地址重载不重要,我们稍微了解⼀下即可.其次就是C++11以后还会增加两个默认成员函数,移动构造和移动赋值,这个我后⾯学习了再介绍.默认成员函数很重要,也⽐较复杂,我们要从两个⽅⾯去学习:
1️⃣第⼀:我们不写时,编译器默认⽣成的函数⾏为是什么,是否满⾜我们的需求?
2️⃣第⼆:编译器默认⽣成的函数不满⾜我们的需求,我们需要⾃⼰实现,那么如何⾃⼰实现?
| 函数类型 | 生成条件 | 核心功能 | 关键特性 |
|---|---|---|---|
| 默认构造函数 | 类中无任何显式构造函数(无参、带参、拷贝构造均未定义) | 无参,函数体为空:✅ 自定义类型成员:调用其默认构造; ❌ 内置类型成员:不初始化(如int/指针为随机值)/th> | 显式定义任意构造后,编译器不再生成;可通过=default强制生成,=delete禁用/th> |
| 析构函数 | 类中无显式析构函数 | 函数体为空:✅ 自定义类型成员:调用其析构;❌ 内置类型成员:无操作(如不释放动态内存) | 析构顺序与构造相反;动态资源(new/malloc)需显式定义析构释放 |
| 拷贝构造函数 | 类中无显式拷贝构造函数/th> | 浅拷贝(值拷贝):逐字节拷贝对象成员;❌ 指针成员仅拷贝地址(易导致双重释放/内存泄漏) | 格式:类名(const 类名& obj);显式定义后编译器不再生成 |
| 拷贝赋值运算符重载 | 类中无显式重载operator= | 浅拷贝:逐字节赋值成员,返回*this支持连续赋值;❌ 同拷贝构造的浅拷贝问题 | 格式:类名&operator=(const 类名& obj);需避免自赋值if(this == &obj) |
| 移动构造函数(C++11) | 类中无显式定义移动构造、拷贝构造、拷贝赋值、析构 | 深拷贝(偷资源):接管右值对象(临时对象)的资源,将原对象指针置空,无内存拷贝开销 | 格式:类名(类名&&obj)noexcept;仅对右值(如临时对象)生效 |
| 移动赋值运算符重载(C++11) | 类中无显式定义移动赋值、拷贝构造、拷贝赋值、析构 | 接管右值对象的资源,返回*this;✅比拷贝赋值效率高(无内存重新分配) | 格式:类名&operator=(类名&&obj)noexcept;需先释放当前对象资源 |
2.构造函数
构造函数是特殊的成员函数,需要注意的是,构造函数虽然名称叫构造,但是构造函数的主要任务并不是开空间创建对象(我们常使⽤的局部对象是栈帧创建时,空间就开好了),⽽是对象实例化时初始化对象.构造函数的本质是要替代我们以前Stack(栈)和Date(日期)类中写的Init函数的功能,构造函数⾃动调⽤的特点就完美的替代的了Init.一句话来说:构造函数是 C++类中用于初始化对象的特殊成员函数.
构造函数的特点:
1️⃣函数名与类名相同.
2️⃣⽆返回值.(返回值啥都不需要给,也不需要写void,不要纠结,C++规定如此)
3️⃣对象实例化时系统会⾃动调⽤对应的构造函数.
4️⃣构造函数可以重载.
5️⃣如果类中没有显式定义构造函数,则C++编译器会⾃动⽣成⼀个⽆参的默认构造函数,⼀旦⽤⼾显式定义编译器将不再⽣成.
6️⃣⽆参构造函数、全缺省构造函数、我们不写构造时编译器默认⽣成的构造函数,都叫做默认构造函数.但是这三个函数有且只有⼀个存在,不能同时存在.⽆参构造函数和全缺省构造函数虽然构成函数重载,但是调⽤时会存在歧义.要注意很多同学会认为默认构造函数是编译器默认⽣成那个叫默认构造,实际上⽆参构造函数、全缺省构造函数也是默认构造,总结⼀下就是不传实参就可以调⽤的构造就叫默认构造.
7️⃣我们不写,编译器默认⽣成的构造,对内置类型成员变量的初始化没有要求,也就是说是是否初始化是不确定的,看编译器.对于⾃定义类型成员变量,要求调⽤这个成员变量的默认构造函数初始化.如果这个成员变量,没有默认构造函数,那么就会报错,我们要初始化这个成员变量,需要⽤初始化列表才能解决,初始化列表,我们下个文章再细细介绍.
⭐️说明:C++把类型分成内置类型(基本类型)和⾃定义类型.内置类型就是语⾔提供的原⽣数据类型,
如:int/char/double/指针等,⾃定义类型就是我们使⽤class/struct等关键字⾃⼰定义的类型.
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
// 1.⽆参构造函数
Date()
{
_year = 1;
_month = 1;
_day = 1;
}
// 2.带参构造函数
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// 3.全缺省构造函数
//Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
//{
//_year = year;
//_month = month;
//_day = day;
//}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
// 如果留下三个构造中的第⼆个带参构造，第⼀个和第三个注释掉
// 编译报错：error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可⽤
Date d1; // 调⽤默认构造函数
Date d2(2025, 1, 1); // 调⽤带参的构造函数
// 注意：如果通过⽆参构造函数创建对象时，对象后⾯不⽤跟括号，否则编译器⽆法
// 区分这⾥是函数声明还是实例化对象
// warning C4930: “Date d3(void)”: 未调⽤原型函数(是否是有意⽤变量定义的?)
Date d3();
d1.Print();
d2.Print();
return 0;
}#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4){
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
//编译器默认⽣成MyQueue的构造函数调⽤了Stack的构造，完成了两个成员的初始化
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main()
{
MyQueue mq;
return 0;
}3.析构函数
析构函数与构造函数功能相反,析构函数不是完成对对象本⾝的销毁,⽐如局部对象是存在栈帧的,函数结束栈帧销毁,他就释放了,不需要我们管,C++规定对象在销毁时会⾃动调⽤析构函数,完成对象中资源的清理释放⼯作.析构函数的功能类⽐我们之前Stack实现的Destroy功能,⽽像Date没有Destroy,其实就是没有资源需要释放,所以严格说Date是不需要析构函数的.一句话来说:析构函数是C++类中负责清理对象资源的特殊成员函数.
析构函数的特点:
1️⃣析构函数名是在类名前加上字符 ~.
2️⃣⽆参数⽆返回值.(这⾥跟构造类似,也不需要加void).
3️⃣⼀个类只能有⼀个析构函数.若未显式定义,系统会⾃动⽣成默认的析构函数.
4️⃣对象⽣命周期结束时,系统会⾃动调⽤析构函数.
5️⃣跟构造函数类似,我们不写编译器⾃动⽣成的析构函数对内置类型成员不做处理,⾃定类型成员会调⽤他的析构函数.
6️⃣还需要注意的是我们显⽰写析构函数,对于⾃定义类型成员也会调⽤他的析构,也就是说⾃定义类型成员⽆论什么情况都会⾃动调⽤析构函数.
7️⃣如果类中没有申请资源时,析构函数可以不写,直接使⽤编译器⽣成的默认析构函数,如Date;如果默认⽣成的析构就可以⽤,也就不需要显示写析构,如MyQueue;但是有资源申请时,⼀定要⾃⼰写析构,否则会造成资源泄漏,如Stack.
8️⃣⼀个局部域的多个对象,C++规定后定义的先析构.
对⽐⼀下⽤C++和C实现的Stack解决之前的算法题有效括号匹配的问题isValid,我们发现有了构造函数和析构函数确实⽅便了很多,不会再忘记调⽤Init和Destory函数了,也⽅便了不少.这就是我们学习它们的意义!
#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
Stack(int n = 4)
{
_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_top = 0;
}
~Stack()
{
cout << "~Stack()" << endl;
free(_a);
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
private:
STDataType* _a;
size_t _capacity;
size_t _top;
};
// 两个Stack实现队列
class MyQueue
{
public:
//编译器默认⽣成MyQueue的析构函数调⽤了Stack的析构，释放的Stack内部的资源
// 显⽰写析构，也会⾃动调⽤Stack的析构
/*~MyQueue()
44{}*/
private:
Stack pushst;
Stack popst;
};
int main()
{
Stack st;
MyQueue mq;
return 0;
}#include<iostream>
using namespace std;
// ⽤最新加了构造和析构的C++版本Stack实现
bool isValid(const char* s) {
Stack st;
while (*s)
{
if (*s == '[' || *s == '(' || *s == '{')
{
st.Push(*s);
}
else
{
// 右括号⽐左括号多，数量匹配问题
if (st.Empty())
{
return false;
}
// 栈⾥⾯取左括号
char top = st.Top();
st.Pop();
// 顺序不匹配
if ((*s == ']' && top != '[')|| (*s == '}' && top != '{')|| (*s == ')' && top !='('))
{
return false;
}
}
++s;
}
// 栈为空，返回真，说明数量都匹配 左括号多，右括号少匹配问题
return st.Empty();
}
// ⽤之前C版本Stack实现
bool isValid(const char* s) {
ST st;
STInit(&st);
while (*s)
{
// 左括号⼊栈
if (*s == '(' || *s == '[' || *s == '{')
{
STPush(&st, *s);
}
else // 右括号取栈顶左括号尝试匹配
{
if (STEmpty(&st))
{
STDestroy(&st);
return false;
}
char top = STTop(&st);
STPop(&st);
// 不匹配
if ((top == '(' && *s != ')')|| (top == '{' && *s != '}')|| (top == '[' && *s !=']'))
{
STDestroy(&st);
return false;
}
}
++s;
}
// 栈不为空，说明左括号⽐右括号多，数量不匹配
bool ret = STEmpty(&st);
STDestroy(&st);
return ret;
}
int main()
{
cout << isValid("[()][]") << endl;
cout << isValid("[(])[]") << endl;
return 0;
}4.拷⻉构造函数
如果⼀个构造函数的第⼀个参数是⾃⾝类类型的引⽤,且任何额外的参数都有默认值,则此构造函数也叫做拷⻉构造函数,也就是说拷⻉构造是⼀个特殊的构造函数.一句话说:拷贝构造函数是C++类中用于通过已有对象创建新对象的特殊构造函数.
拷⻉构造的特点:
1️⃣拷⻉构造函数是构造函数的⼀个重载.
2️⃣拷⻉构造函数的第⼀个参数必须是类类型对象的引⽤,使⽤传值⽅式编译器直接报错,因为语法逻辑上会引发⽆穷递归调⽤.拷⻉构造函数也可以多个参数,但是第⼀个参数必须是类类型对象的引⽤,后⾯的参数必须有缺省值.
3️⃣C++规定⾃定义类型对象进⾏拷⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造,所以这⾥⾃定义类型传值传参和传值返 回都会调⽤拷⻉构造完成.
4️⃣若未显式定义拷⻉构造,编译器会⽣成⾃动⽣成拷⻉构造函数.⾃动⽣成的拷⻉构造对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉),对⾃定义类型成员变量会调⽤他的拷⻉构造.
5️⃣像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源,编译器⾃动⽣成的拷⻉构造就可以完成需要的拷⻉,所以不需要我们显⽰实现拷⻉构造.像Stack这样的类,虽然也都是内置类型,但是_a指向了资源,编译器⾃动⽣成的拷⻉构造完成的值拷⻉/浅拷⻉不符合我们的需求,所以需要我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉).像MyQueue这样的类型内部主要是⾃定义类型Stack成员,编译器⾃动⽣成的拷⻉构造会调⽤Stack的拷⻉构造,也不需要我们显⽰实现MyQueue的拷⻉构造.这⾥还有⼀个⼩技巧,如果⼀个类显⽰实现了析构并释放资源,那么他就需要显示写拷⻉构造,否则就不需要.
6️⃣传值返回会产⽣⼀个临时对象调⽤拷⻉构造,传值引⽤返回,返回的是返回对象的别名(引⽤),没 有产⽣拷⻉.但是如果返回对象是⼀个当前函数局部域的局部对象,函数结束就销毁了,那么使⽤ 引⽤返回是有问题的,这时的引⽤相当于⼀个野引⽤,类似⼀个野指针⼀样.传引⽤返回可以减少 拷⻉,但是⼀定要确保返回对象,在当前函数结束后还在,才能⽤引⽤返回.
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// 编译报错：error C2652: “Date”: ⾮法的复制构造函数: 第⼀个参数不应是“Date”
//Date(Date d)
Date(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
Date(Date* d)
{
_year = d->_year;
_month = d->_month;
_day = d->_day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void Func1(Date d)
{
cout << &d << endl;
d.Print();
}
// Date Func2()
Date& Func2()
{
Date tmp(2024, 7, 5);
tmp.Print();
return tmp;
}
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
// C++规定⾃定义类型对象进⾏拷⻉⾏为必须调⽤拷⻉构造,所以这⾥传值传参要调⽤拷⻉构造
// 所以这⾥的d1传值传参给d要调⽤拷⻉构造完成拷⻉,传引⽤传参可以较少这⾥的拷⻉
Func1(d1);
cout << &d1 << endl;
// 这⾥可以完成拷⻉，但是不是拷⻉构造，只是⼀个普通的构造
Date d2(&d1);
d1.Print();
d2.Print();
//这样写才是拷⻉构造，通过同类型的对象初始化构造，⽽不是指针
Date d3(d1);
d2.Print();
// 也可以这样写，这⾥也是拷⻉构造
Date d4 = d1;
d2.Print();
// Func2返回了⼀个局部对象tmp的引⽤作为返回值
// Func2函数结束，tmp对象就销毁了，相当于了⼀个野引⽤
Date ret = Func2();
ret.Print();
return 0;
}5.赋值运算符重载
赋值运算符重载是⼀个默认成员函数,⽤于完成两个已经存在的对象直接的拷⻉赋值,这⾥要注意跟拷⻉构造区分,拷⻉构造⽤于⼀个对象拷⻉初始化给另⼀个要创建的对象.赋值运算符重载(operator=)是C++类中用于给已有对象赋值的特殊成员函数,它与拷贝构造函数功能互补(拷贝构造是 “创建新对象时拷贝”,赋值重载是“已有对象赋值时拷贝”),需重点处理深拷贝逻辑以避免资源管理问题.
5.1运算符重载
1️⃣
当运算符被⽤于类类型的对象时,C++语⾔允许我们通过运算符重载的形式指定新的含义.C++规 定类类型对象使⽤运算符时,必须转换成调⽤对应运算符重载,若没有对应的运算符重载,则会编译报错.
2️⃣运算符重载是具有特殊名字的函数,他的名字是由operator和后⾯要定义的运算符共同构成.和其 他函数⼀样,它也具有其返回类型和参数列表以及函数体.
3️⃣重载运算符函数的参数个数和该运算符作⽤的运算对象数量⼀样多.⼀元运算符有⼀个参数,⼆元 运算符有两个参数,⼆元运算符的左侧运算对象传给第⼀个参数,右侧运算对象传给第⼆个参数.
4️⃣如果⼀个重载运算符函数是成员函数,则它的第⼀个运算对象默认传给隐式的this指针,因此运算 符重载作为成员函数时,参数⽐运算对象少⼀个.
5️⃣运算符重载以后,其优先级和结合性与对应的内置类型运算符保持⼀致.
6️⃣不能通过连接语法中没有的符号来创建新的操作符:⽐如operator@.
7️⃣.* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载.(选择题⾥⾯常考,⼤家要记⼀下)
8️⃣重载操作符⾄少有⼀个类类型参数,不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义,如:int operator+(int x, int y)
9️⃣⼀个类需要重载哪些运算符,是看哪些运算符重载后有意义,⽐如Date类重载operator-就有意 义,但是重载operator+就没有意义.
重载++运算符时,有前置++和后置++,运算符重载函数名都是operator++,⽆法很好的区分. C++规定,后置++重载时,增加⼀个int形参,跟前置++构成函数重载,⽅便区分.
重载<<和>>时,需要重载为全局函数,因为重载为成员函数,this指针默认抢占了第⼀个形参位 置,第⼀个形参位置是左侧运算对象,调⽤时就变成了对象<<cout,不符合使⽤习惯和可读性. 重载为全局函数把ostream/istream放到第⼀个形参位置就可以了,第⼆个形参位置当类类型对 象.
#include<iostream>
using namespace std;
// 编译报错：“operator +”必须⾄少有⼀个类类型的形参
int operator+(int x, int y)
{
return x - y;
}
class A
{
public:
void func()
{
cout << "A::func()" << endl;
}
};
typedef void(A::*PF)(); //成员函数指针类型
int main()
{
// C++规定成员函数要加&才能取到函数指针
PF pf = &A::func;
A obj;//定义ob类对象temp
// 对象调⽤成员函数指针时，使⽤.*运算符
(obj.*pf)();
return 0;
}#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
//private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
// 重载为全局的⾯临对象访问私有成员变量的问题
// 有⼏种⽅法可以解决：
// 1、成员放公有
// 2、Date提供getxxx函数
// 3、友元函数
// 4、重载为成员函数
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
return d1._year == d2._year
&& d1._month == d2._month
&& d1._day == d2._day;
}
int main()
{
Date d1(2024, 7, 5);
Date d2(2024, 7, 6);
// 运算符重载函数可以显⽰调⽤
operator==(d1, d2);
// 编译器会转换成 operator==(d1, d2);
d1 == d2;
return 0;
}#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
bool operator==(const Date& d)
{
return _year == d._year
&& _month == d._month
&& _day == d._day;
}
Date& operator++()
{
cout << "前置++" << endl;
return *this;
}
Date operator++(int)
{
Date tmp;
cout << "后置++" << endl;
return tmp;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2025, 12, 11);
Date d2(2025, 12, 12);
// 运算符重载函数可以显⽰调⽤
d1.operator==(d2);
// 编译器会转换成 d1.operator==(d2);
d1 == d2;
// 编译器会转换成 d1.operator++();
++d1;
// 编译器会转换成 d1.operator++(0);
d1++;
d1.print();
d2.print();
return 0;
}5.2赋值运算符重载的特点
1️⃣
赋值运算符重载是⼀个运算符重载,规定必须重载为成员函数.赋值运算重载的参数建议写成 const 当前类类型引⽤,否则会传值传参会有拷⻉.
2️⃣有返回值,且建议写成当前类类型引⽤,引⽤返回可以提⾼效率,有返回值⽬的是为了⽀持连续赋 值场景.
3️⃣没有显式实现时,编译器会⾃动⽣成⼀个默认赋值运算符重载,默认赋值运算符重载⾏为跟默认拷 ⻉构造函数类似,对内置类型成员变量会完成值拷⻉/浅拷⻉(⼀个字节⼀个字节的拷⻉),对⾃定义 类型成员变量会调⽤他的赋值重载函数.
4️⃣像Date这样的类成员变量全是内置类型且没有指向什么资源,编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载就 可以完成需要的拷⻉,所以不需要我们显⽰实现赋值运算符重载.像Stack这样的类,虽然也都是内置类型,但是_a指向了资源,编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载完成的值拷⻉/浅拷⻉不符合我们的需求,所以需要我们⾃⼰实现深拷⻉(对指向的资源也进⾏拷⻉).像MyQueue这样的类型内部主要是⾃定义类型Stack成员,编译器⾃动⽣成的赋值运算符重载会调⽤Stack的赋值运算符重载,也不需要我们显⽰实现MyQueue的赋值运算符重载.这⾥还有⼀个⼩技巧,如果⼀个类显⽰实现了析构并释放资源,那么他就需要显⽰写赋值运算符重载,否则就不需要.
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(const Date& d)
{
cout << " Date(const Date& d)" << endl;
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
// 传引⽤返回减少拷⻉
// d1 = d2;
Date& operator=(const Date& d)
{
// 不要检查⾃⼰给⾃⼰赋值的情况
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
// d1 = d2表达式的返回对象应该为d1，也就是*this
return *this;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2025, 12, 11);
Date d2(d1);
Date d3(2025, 12, 12);
d1 = d3;
//需要注意这⾥是拷⻉构造，不是赋值重载
//请牢牢记住赋值重载完成两个已经存在的对象直接的拷⻉赋值
//⽽拷⻉构造⽤于⼀个对象拷⻉初始化给另⼀个要创建的对象
Date d4 = d1;
d1.print();
d2.print();
return 0;
}5.3日期类的实现
Date.h
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<assert.h>
class Date
{
// 友元函数声明
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1);
void Print() const;
// 直接定义类里面，他默认是inline
// 频繁调⽤
int GetMonthDay(int year, int month)
{
assert(month > 0 && month < 13);
static int monthDayArray[13] = { -1, 31, 28, 31, 30, 31, 30,31, 31, 30, 31, 30, 31 };
// 365天 5h +
if (month == 2 && (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0))
{
return 29;
}
else
{
return monthDayArray[month];
}
}
bool CheckDate();
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;
// d1 += 天数
Date& operator+=(int day);
Date operator+(int day) const;
// d1 -= 天数
Date& operator-=(int day);
Date operator-(int day) const;
// d1 - d2
int operator-(const Date& d) const;
// ++d1 -> d1.operator++()
Date& operator++();
// d1++ -> d1.operator++(0)
// 为了区分，构成重载，给后置++，强⾏增加了⼀个int形参
// 这⾥不需要写形参名，因为接收值是多少不重要，也不需要⽤
// 这个参数仅仅是为了跟前置++构成重载区分
Date operator++(int);
Date& operator--();
Date operator--(int);
// 流插⼊
// 不建议，因为Date* this占据了⼀个参数位置，使⽤d<<cout不符合习惯
//void operator<<(ostream& out);
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
// 重载
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
istream& operator>>(istream& in, Date& d);Date.cpp
// Date.cpp
#include"Date.h"
bool Date::CheckDate()
{
if (_month < 1 || _month > 12
|| _day < 1 || _day > GetMonthDay(_year, _month))
{
return false;
}
else
{
return true;
}
}
Date::Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
if (!CheckDate())
{
cout << "日期非法" << endl;
}
}
void Date::Print() const
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
// d1 < d2
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)
{
return _day < d._day;
}
}
return false;
}
// d1 <= d2
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 < d);
}
bool Date::operator==(const Date& d) const
{
return _year == d._year
&& _month == d._month
&& _day == d._day;
}
bool Date::operator!=(const Date& d) const
{
return !(*this == d);
}
// d1 += 50
// d1 += -50
Date& Date::operator+=(int day)
{
if (day < 0)
{
return *this -= -day;
}
_day += day;
while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
{
_day -= GetMonthDay(_year, _month);
++_month;
if (_month == 13)
{
++_year;
_month = 1;
}
}
return *this;
}
Date Date::operator+(int day) const
{
Date tmp = *this;
tmp += day;
return tmp;
}
// d1 -= 100
Date& Date::operator-=(int day)
{
if (day < 0)
{
return *this += -day;
}
_day -= day;
while (_day <= 0)
{
--_month;
if (_month == 0)
{
_month = 12;
_year--;
}
// 借上一个月的天数
_day += GetMonthDay(_year, _month);
}
return *this;
}
Date Date::operator-(int day) const
{
Date tmp = *this;
tmp -= day;
return tmp;
}
//++d1
Date& Date::operator++()
{
*this += 1;
return *this;
}
// d1++
Date Date::operator++(int)
{
Date tmp(*this);
*this += 1;
return tmp;
}
Date& Date::operator--()
{
*this -= 1;
return *this;
}
Date Date::operator--(int)
{
Date tmp = *this;
*this -= 1;
return tmp;
}
// d1 - d2
int Date::operator-(const Date& d) const
{
Date max = *this;
Date min = d;
int flag = 1;
if (*this < d)
{
max = d;
min = *this;
flag = -1;
}
int n = 0;
while (min != max)
{
++min;
++n;
}
return n * flag;
}
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
cout << "请依次输入年月日:";
in >> d._year >> d._month >> d._day;
if (!d.CheckDate())
{
cout << "日期非法" << endl;
}
return in;
}test.cpp
#include"Date.h"
void TestDate1()
{
// 这⾥需要测试⼀下⼤的数据+和-
Date d1(2025, 12, 11);
Date d2 = d1 + 30000;
d1.Print();
d2.Print();
Date d3(2025, 12, 11);
Date d4 = d3 - 5000;
d3.Print();
d4.Print();
Date d5(2025, 12, 11);
d5 += -5000;
d5.Print();
}
void TestDate2()
{
Date d1(2025, 12, 11);
Date d2 = ++d1;
d1.Print();
d2.Print();
Date d3 = d1++;
d1.Print();
d3.Print();
/*d1.operator++(1);
d1.operator++(100);
d1.operator++(0);
d1.Print();*/
}
void TestDate3()
{
Date d1(2025, 12, 11);
Date d2(2025, 12, 11);
int n = d1 - d2;
cout << n << endl;
n = d2 - d1;
}
void TestDate4()
{
Date d1(2025, 12, 11);
Date d2 = d1 + 30000;
// operator<<(cout, d1)
cout << d1;
cout << d2;
cin >> d1 >> d2;
cout << d1 << d2;
}
void TestDate5()
{
const Date d1(2025, 12, 11);
d1.Print();
//d1 += 100;
d1 + 100;
Date d2(2025, 12, 25);
d2.Print();
d2 += 100;
d1 < d2;
d2 < d1;
}
int main()
{
// 调用所有测试函数
TestDate1();
TestDate2();
TestDate3();
TestDate4();
TestDate5();
return 0;
}日期类(Date)实现的设计思路
该日期类的核心设计目标是封装日期数据、保证日期合法性、提供符合直觉的日期运算能力,同时兼顾代码复用性、健壮性和const正确性。整体设计遵循“核心功能先实现，复用逻辑后推导”的原则，拆解为以下核心模块:
一、类的基础架构设计
1️⃣数据封装与访问控制
- 私有成员变量:将
_year（年）、_month（月）、_day（日）私有化,避免外部直接修改导致数据非法,仅通过类成员函数/友元函数操作,保证数据安全性.- 默认构造与初始化:构造函数提供默认参数(1900-1-1),初始化年、月、日后立即调用合法性校验函数,非法日期直接给出控制台提示,从源头规避非法数据.
2️⃣核心工具函数设计
- 月份天数获取（GetMonthDay）：
- 用
static int数组存储1-12月的默认天数(数组首元素设为-1,对齐月份索引),避免每次调用重新创建数组,提升效率;- 加入闰年判断逻辑(能被4整除且不能被100整除,或能被400整除),修正2月天数;
- 用
assert断言月份范围(1-12),防止非法月份传入,强化代码;- 类内直接定义(默认inline),适配频繁调用场景(如日期加减、合法性校验).
3️⃣日期合法性校验（CheckDate)
- 校验逻辑:月份需在1-12之间,日期需≤当月实际天数(调用GetMonthDay);
- 作为构造函数、输入运算符重载的核心校验逻辑,保证所有日期对象的合法性.
二、比较运算符重载设计
核心思路:先实现基础比较运算符(<、==),其余运算符基于基础逻辑推导,减少冗余代码.
1️⃣基础运算符（<、==)
- <运算符:按“年→月→日”优先级依次比较,符合日期的自然比较规则(如2024-04-14 < 2024-05-01);
- ==运算符:直接比较年、月、日是否完全相等;
- 所有比较运算符的参数和成员函数均加
const修饰,保证能处理const日期对象(如TestDate5中的const Date d1),符合const正确性.2️⃣推导运算符（<=、>、>=、!=）
-<=：复用<和==，逻辑为*this < d || *this == d；
->：复用<=，逻辑为!(*this <= d)；
>=：复用<，逻辑为!(*this < d)；!=：复用==，逻辑为!(*this == d)；- 优势：只需维护基础运算符,其余自动适配,降低维护成本.
三、日期加减运算设计
核心思路:复合赋值运算符（+=、-=）作为核心实现，普通加减（+、-）基于复合赋值复用，区分“修改原对象”和“返回新对象”的语义。
1️⃣复合赋值运算符（+=、-=）
- +=运算符：
- 处理负数天数：若day<0,转调
-=(传入-day),统一逻辑;- 进位逻辑：日期加天数后,若超过当月天数,逐月扣减当月天数、递增月份;月份到13时,年份+1、月份归1,循环直到日期合法;
- 返回值：返回
*this的引用,支持链式操作（如d1 += 10 += 20）.- -=运算符：
- 处理负数天数：若day<0,转调
+=（传入-day);- 借位逻辑：日期减天数后,若≤0，递减月份;月份到0时,年份-1、月份归12,再加上上月天数>（借位），循环直到日期合法；
- 返回值：返回
*this的引用，同+=。2️⃣普通加减运算符（+、-）
- 逻辑：先拷贝原对象（
Date tmp = *this），再调用+=/-=修改临时对象，返回临时对象；
- 成员函数加const修饰，保证const对象可调用（如TestDate5中的d1 + 100），且不修改原对象，符合“加/减后返回新日期，原日期不变”的语义。四、自增/自减运算符重载设计
核心思路：复用+=/-=，区分前置/后置语义。1️⃣前置自增/自减（++d、–d）
- 语义：先修改原对象，后返回修改后的对象；
- 实现：直接调用
*this += 1/*this -= 1，返回*this的引用。2️⃣后置自增/自减（d++、d–）
- 语义：先返回原对象的拷贝，后修改原对象；
- 区分前置：增加int类型哑元参数（无需命名），仅用于函数重载区分；- 实现：先拷贝原对象（
Date tmp = *this），再调用*this += 1/*this -= 1，返回临时对象。五、日期差值计算（d1 - d2）
- 核心逻辑：将“日期差值”转化为“较小日期自增到较大日期的次数”；
- 步骤：
1️⃣确定较大日期（max）和较小日期（min），初始化符号位（flag）：若d1<d2，flag=-1，否则flag=1；
2️⃣循环将min自增，直到min==max，统计自增次数n；
3️⃣返回n*flag，得到带符号的天数差；
- 优势：复用已实现的
++和==运算符，逻辑直观，无需重新实现日期差值算法。六、输入输出运算符重载设计
核心思路：通过友元突破私有成员访问限制，适配流对象的运算符语义。1️⃣输出运算符（<<）
- 无法作为成员函数：成员函数的第一个参数是
this，会导致调用形式为d << cout，不符合“cout << d”的直觉；- 友元声明：允许直接访问
_year、_month、_day，格式化输出“年-月-日”；- 返回值：返回
ostream&，支持链式输出（如cout << d1 << d2）。2️⃣输入运算符（>>）
- 逻辑：提示用户输入年月日，读取后调用
CheckDate校验，非法日期给出提示；- 返回值：返回
istream&，支持链式输入（如cin >> d1 >> d2）。七、强大性与边界处理
1️⃣极端场景测试：TestDate1测试大天数（30000）、负天数的加减，通过循环进位/借位保证正确性；
2️⃣const正确性：只读操作（如Print、比较、+、-）加const，修改操作（如+=、-=、++、–）不加，避免const对象被误修改；
3️⃣异常提示：构造函数、输入重载中，非法日期直接控制台提示，提升用户使用体验。
总结:
该日期类的设计遵循“复用优先、语义对齐、健大性兜底”的原则：
- 复用：核心运算符（如+、>）基于基础运算符（如+=、<）实现，减少重复代码；
- 语义对齐：前置/后置自增、加减运算的行为符合C++内置类型的语义，降低使用成本；
- 健壮性：通过断言、合法性校验、const修饰，规避非法数据和错误调用。
最终实现了日期的封装、校验、运算、输入输出全功能，且代码易维护、易扩展。
6.取地址运算符重载
取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载,⼀般这两个函数编译器⾃动⽣成的就可以够我们⽤了,不需要去显示实现.除⾮⼀些很特殊的场景,⽐如我们不想让别⼈取到当前类对象的地址,就可以⾃⼰实现⼀份,胡乱返回⼀个地址.取地址运算符(&)是C++ 中的一元运算符,默认作用是获取对象的实际内存地址.在类中可以重载该运算符,用于自定义 “取地址” 的行为(例如隐藏真实地址、返回代理对象地址等).
class Date
{
public :
Date* operator&()
{
return this;
// return nullptr;
}
const Date* operator&()const
{
return this;
// return nullptr;
}
private :
int _year ; // 年
int _month ; // ⽉
int _day ; // ⽇
};6.1const成员函数
1️⃣
将const修饰的成员函数称之为const成员函数,const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后⾯.
2️⃣const实际修饰该成员函数隐含的this指针m表明在该成员函数中不能对类的任何成员进⾏修改. const 修饰Date类的Print成员函数,Print隐含的this指针由 Date* const this 变为 const Date* const this
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// void Print(const Date* const this) const
void Print() const
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
// 这⾥⾮const对象也可以调⽤const成员函数是⼀种权限的缩⼩
Date d1(2024, 7, 5);
d1.Print();
const Date d2(2024, 8, 5);
d2.Print();
return 0;
}敬请期待下一篇文章内容–>类和对象(下)!
浙公网安备 33010602011771号