[C++知识库] 详细介绍C++日期类的实现

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[C++知识库]详细介绍C++日期类的实现

文章目录

在学习了C++的类和对象后，可以动手写一个日期类，以此来巩固和运用类的知识。下面是博主写的日期类，若自己在写的过程中有不懂的地方，可以参考参考

源代码

Date.h

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;

// 声明Date类
class Date
{
public:
	bool IsLeapYear(int year);// 判断闰年
	int GetMonthDay(int year, int month);// 根据年和月得到天数
	Date(int year = 2022, int month = 5, int day = 19);
	Date(const Date& d);
	bool operator==(const Date& d) const;// ==的重载
	bool operator!=(const Date& d) const;// !=的重载
	Date& operator=(const Date& d);// =的重载
	bool operator<(const Date& d) const;// <的重载
	bool operator>(const Date& d) const;// >的重载
	bool operator<=(const Date& d) const;// <=的重载
	bool operator>=(const Date& d) const;// >=的重载
	Date operator+(int day) const;// +的重载
	Date& operator+=(int day);// +=的重载
	Date operator-(int day) const; // -的重载
	Date& operator-=(int day);// -=的重载
	Date& operator++();// 前置++的重载
	Date operator++(int);// 后置++的重载 
	Date& operator--();// 前置--的重载
	Date operator--(int);// 后置--的重载
	int operator-(const Date& d) const;// 两日期相减
	void Print() const;// 日期的打印
	Date* operator&();// 取地址的重载，这两个重载不重要
	const Date* operator&() const;
	friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Date& d);// 声明流提取于流插入是Date类的友元
	friend std::istream& operator>>(std::istream& in, Date& d);

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

Date.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "Date.h"

bool Date::IsLeapYear(int year)// 判断是否为闰年
{
	if ((year % 400 == 0) || (year % 4 == 0 && year % 100 != 0))
		return true;
	else
		return false;
}

int Date::GetMonthDay(int year, int month)// 根据年和月得到天数
{
	static int monthday[13] = { 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };
	if (month == 2 && Date::IsLeapYear(year))
		return monthday[month] + 1;
	return monthday[month];
}

// Date的初始化
Date::Date(int year, int month, int day)
{
	if (year > 0\
		&& month > 0 && month <= 12\
		&& day > 0 && day <= Date::GetMonthDay(year, month))
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	else
		cout << "数据不合法" << endl;
}


Date::Date(const Date& d)
{
	_year = d._year;
	_month = d._month;
	_day = d._day;
}

bool Date::operator==(const Date& d) const// ==的重载
{
	return _year == d._year\
		&& _month == d._month\
		&& _day == d._day;
}

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

Date& Date::operator=(const Date& d)// =的重载
{
	if (this != &d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}

	return *this;
}

bool Date::operator<(const Date& d) const// <的重载
{
	if ((_year < d._year) ||
		(_year == d._year && _month < d._month) ||
		(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day))
		return true;
	else
		return false;
}

bool Date::operator>(const Date& d) const// >的重载
{
	/*if ((_year > d._year) ||
		(_year == d._year && _month > d._month) ||
		(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day))
		return true;
	else
		return false;*/

	return (d < *this);// 函数的复用
}

bool Date::operator<=(const Date& d) const// <=的重载
{
	/*if ((_year < d._year) ||
		(_year == d._year && _month < d._month) ||
		(_year == d._year && _month == d._month && _day <= d._day))
		return true;
	else
		return false;*/

	return !(*this > d);
}

bool Date::operator>=(const Date& d) const// >=的重载
{
	//if ((_year > d._year) ||
	//	(_year == d._year && _month > d._month) ||
	//	(_year == d._year && _month == d._month && _day >= d._day))
	//	return true;
	//else
	//	return false;

	return !(*this < d);
}

Date Date::operator+(int day) const// +的重载
{
	Date ret(*this);// 先将当前日期值保存下来

	ret += day;
	return ret;
}

Date& Date::operator+=(int day)// +=的重载
{
	if (day < 0)
		return *this -= (-day);
	_day += day;//先将日期加上n
	while (_day > Date::GetMonthDay(_year, _month))// 如果日期大于月份的天数
	{
		_day -= Date::GetMonthDay(_year, _month);// 天数减去该月份的天数

		_month++;// 月要加1 
		if (_month > 12)
		{
			_month = 1;
			_year++;// 如果月大于12，将年份加1
		}

	}

	return *this;
}

Date Date::operator-(int day) const// -的重载
{
	Date ret(*this);

	ret -= day;
	return ret;
}

Date& Date::operator-=(int day)// -=的重载
{
	if (day < 0)
		return *this += (-day);
	_day -= day;//先将日期减去n
	while (_day <= 0)// 如果日期大于月份的天数
	{
		_month--;// 月要-1
		if (_month == 0)
		{
			_month = 12;
			_year--;// 如果月等于0，将年份-1
		}

		_day += Date::GetMonthDay(_year, _month);// 天数再减去该月份的天数
	}

	return *this;
}

// +的重载复用+=的重载，+的重载要调用两次拷贝构造

Date& Date::operator++()// 前置++的重载
{
	*this += 1;
	return *this;
}

Date Date::operator++(int)// 后置++的重载
{
	Date d(*this);// 先拷贝当前数据
	*this += 1;
	return d;// 返回的是当前数据
}

Date& Date::operator--()// 前置--的重载
{
	*this -= 1;
	return *this;
}


Date Date::operator--(int)// 后置--的重载
{
	Date d(*this);
	*this -= 1;
	return d;
}


int Date::operator-(const Date& d) const// 两日期相减
{
	Date max(*this);
	Date min(d);
	int flat = 1;

	if (max < min)
	{
		flat = -1;
		max = d;
		min = *this;
	}

	int day = 0;
	while (max != min)
	{
		min++;
		day++;
	}

	return day * flat;
}

//void Date::Print(Date* const this)
void Date::Print() const
{
	cout << "year - " << _year << " - month - " << _month << " - day - " << _day << endl;
}

void Date::Print() const
{
	cout << "year - " << _year << " - month - " << _month << " - day - " << _day << endl;
}


Date* Date::operator&()
{
	return this;
}
const Date* Date::operator&() const
{
	return this;
}


std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
	return out;
}

std::istream& operator>>(std::istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	if (!(d._year > 0\
		&& d._month > 0 && d._month <= 12\
		&& d._day > 0 && d._day <= d.GetMonthDay(d._year, d._month)))
	{
		cout << "数据不合法" << endl;
		exit(-1);
	}
	return in;
}

日期的构造函数

首先日期中三个成员变量：年，月，日。当创建一个日期类，要对日期的合法性进行判断，年要大于0，月要在1~12的范围中，天数要根据月份进行判断，还有平年闰年的2月天数不同。

这就有了if的判断条件，但麻烦的是天数最大值要怎么判断，我将其封装成一个函数，输入年和月就能得到该年该月的最大天数。

int Date::GetMonthDay(int year, int month)// 根据年和月得到天数
{
// 将每个月份的天数写进一个数组中，空出数组下标为0的数
// 根据形参month，返回这个数组中下标为month的数
// 但有一个平闰年问题，所以我又写了一个判断闰年的函数，润年返回真，平年返回假
// static将数组定义成静态数组，即数组只创建一次
// 因为后面的函数中调用GetMonthDay的次数很多，用static的话，不用每次都创建数组
	static int monthday[13] = { 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };
	
// 如果月份是2，并且年份是闰年，返回的天数要+1
	if (month == 2 && Date::IsLeapYear(year))
		return monthday[month] + 1;
		
// 不是闰年正常返回
	return monthday[month];
}

// 四年一润，百年不润，四百年又一润，if的判断很简单
bool Date::IsLeapYear(int year)// 判断是否为闰年
{
	if ((year % 400 == 0) || (year % 4 == 0 && year % 100 != 0))
		return true;
	else
		return false;
}

Date::Date(int year, int month, int day)
{
	if (year > 0\ //最后是续行符，表示下一行代码和这行是一起的
		&& month > 0 && month <= 12\
		&& day > 0 && day <= Date::GetMonthDay(year, month))
	{
		_year = year;// 将给的year赋值给类中的_year
		_month = month;
		_day = day;
	}
	else
		cout << "数据不合法" << endl;
}

两个日期之间的比较

比较的运算符有很多（像什么>,<,>=,==），但实际只要实现其中的两个运算符

bool Date::operator==(const Date& d)// ==的重载
{
	return _year == d._year\
		&& _month == d._month\
		&& _day == d._day;
}

bool Date::operator<(const Date& d)// <的重载
{
	if ((_year < d._year) ||
		(_year == d._year && _month < d._month) ||
		(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day))
		return true;
	else
		return false;
}

剩下的运算符重载复用这两个函数就行了，比如我要实现>的重载，>是<和=的逻辑反（一个数如果不大于并且不等于一个数，那么就是小于这个数）

bool Date::operator!=(const Date& d)// !=的重载
{
	return !(*this == d);
}
bool Date::operator>(const Date& d)// >的重载
{
	return !(*this <= d);// 函数的复用
}

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

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

赋值运算符的重载

这里提一下赋值与拷贝构造之间的区别，赋值是将一个存在对象的值赋值给另一个存在对象的值，而拷贝构造是用一个存在对象的值初始化一个不存在的对象

Date d1(2022, 5, 21);
Date d2(d1);
Date d2 = d1;// 与上面的写法等价，两者都是拷贝构造

Date d3;
d3 = d1;// 这种是赋值

使用赋值的使用，经常会有这样的连等

int a = 10;
int b = 2;
int c = 3;
c = a = b;

=的优先级是从右到左，所以上面的连等是先将b赋值给a，再把a的值赋值给c，因此赋值运算符的重载函数的返回值一个是被赋值的对象（操作数左边的对象）。

// 返回左操作数，该数出了函数还在，所以可以返回引用
// 形参是要被拷贝的对象，由于不用更改d的值，所以能用const修饰，让代码更严谨
Date& Date::operator=(const Date& d)
{
	if (this != &d)// 如果是a = a，这样的赋值没有意义，就直接返回
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	return *this;
}

没有复用的运算符可以看源代码

加减运算符

首先加减运算符也要支持连等，a = b + c + d，优先级是从右向左，所以返回的也是左操作数。还有就是+和+=不一样，+=的操作数只有一个，并且会改变操作数的值，而+的操作数有两个，不会改变操作数的值

// +=能直接改变原来的数
// 对象出了函数还在，所以能返回对象的引用
Date& Date::operator+=(int day)// +=的重载
{
	if (day < 0)// 如果天数是负的
		return *this -= (-day);// 复用-=，+=一个负数相当于-=一个正数
		
	_day += day;
	while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
	{
		_day -= GetMonthDay(_year, _month);
		_month++;
		if (_month == 13)// 如果月份从12到13，年份要更新
		{
			_month = 1;// 月份也要更新
			_year++;
		}
	}
	return *this;// 返回当前this指向的对象
}

// +的重载要先将原来的对象拷贝下来，对拷贝的数做加法，不改变原来的对象
// 但是+能复用+=函数
Date Date::operator+(int day)// +的重载
{
	Date ret(*this);// 拷贝原来的对象，这样不改变原来对象的值
	ret += day;// 这里复用+=
	return ret;// ret出了函数就销毁，不能返回引用
}
// -=类似+=
Date& Date::operator-=(int day)// -=的重载
{
	if (day < 0)
		return *this += (-day);
		
	_day -= day;
	while (_day < 0)
	{
		_month--;
		if (_month == 0)// 如果月份从1到0，年份要更新
		{
			_month = 12;// 月份也要更新
			_year--;
		}
		_day -= GetMonthDay(_year, _month);// _day-=的位置与+=不同，_month先-，_day才减
	}
	return *this;// 返回当前this指向的对象
}
Date Date::operator-(int day)// -的重载
{
	Date ret(*this);// 拷贝原来的对象，这样不改变原来对象的值
	ret -= day;// 这里复用-=
	return ret;// ret出了函数就销毁，不能返回引用
}

++这样的运算符也是复用+=，但++分为前置和后置，重载的函数都没参数（++为单操作数，但类中的函数隐藏了this指针），要怎么区别前置和后置呢？

Date& Date::operator++()// 前置++的重载
{
	return *this += 1;
}
Date Date::operator++(int)// 后置++的重载
{
	Date ret(*this);// 先拷贝当前数据
	*this += 1;// 再将对象加1
	return ret;// 返回加1前的值
}

这里解释下为什么后置++的参数中有一个int：无论是前置还是后置，它们都是没有参数的，编译器为了区分前置后置，规定如果参数中出现了int则为后置，否则为前置（当形参中出现了类型但没有名字，表示该形参不重要，或者是接收了但不使用）。所以int是后置的一种标识符，供编译器区别调用。

Date& Date::operator--()// 前置--的重载
{
	return *this -= 1;
}
Date Date::operator--(int)// 后置--的重载
{
	Date ret(*this);// 先拷贝当前数据
	*this -= 1;// 再将对象-1
	return ret;// 返回-1前的值
}

但两者返回值不同，前置能返回引用，后置返回的是拷贝的局部变量，出了函数销毁不能返回引用。

两日期相减

要得到两个日期之间相差几天，就要知道两者之间有几个闰年，不仅如此还要知道大小月，实现起来有点复杂，这里提供一个简单的实现。知道两个日期中较小的，将较小的日期不断++，一边++一边计录天数，直到两者相等，记录的天数就是两这相差的天数

int Date::operator-(Date d)
{
	Date max(*this);// 假设this指向的日期时较大的
	Date min(d);// d是较小的
	int flat = 1；// flat代表结果的正负，这样的情况下，this指向的日期减去d得到的数是正数，flat为正1
	if (max < min)// 如果this指向的日期是较小的，调换
	{
		max = d;
		min = *this;
		flat = -1;// 此时相减得到的数是负数
	}
	int day = 0;// 用来记录的天数
	while (min != max)
	{
		min++;
		day++;
	}
	return day * flat;
}

流提取和流插入的重载

首先要理解cout和cin是什么，两者都是一个对象，cout是ostream类的对象，cin则是istream类的对象，而cout和cin为什么支持任意类型数据的输入与输出（对于内置类型）？原因是ostream类和istream类中对<<和>>这两个运算符重载了，当输入一个任意类型的数据时，函数会自动匹配对应的类型
在这里插入图片描述
知道了cin和cout的类型，我们就能对<<和>>重载了。

// 流插入的重载
void Date::operator<<(std::ostream& out)
{
	out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}

// 流提取的重载
void Date::operator>>(std::istream& in)
{
	in >> _year >> _month >> _day;
}

使用时在这里插入图片描述
但有一个问题，用cout不都是cout << d1，这样的吗？怎么重载过后是d1 << cout，相反的？这样的重载看起来很奇怪，需要其他方式进行重载。

上面函数重载奇怪的原因是：类中成员函数的第一个形参是this指针（第一个永远都是this指针），所以调用重载时第一个实参也只能是Date类的对象。要解决这个问题，只能将重载定义在类外，使函数的第一个参数不是this指针
在这里插入图片描述
定义在类外后，又有一个问题，Date的私有成员不能访问，因此需要将这两个重载声明成Date类的友元

此时再调用的话又有一个链接错误，“找到一个或多个多重定义的符号”，原因是：我将两个函数的重载定义在头文件中，头文件会在两个源文件中展开，源文件合并后这两个重载函数就会出现两次，属于重定义。解决方法就是将函数定义在Date.cpp源文件中，声明在Date.h头文件中

这样的话，这两个函数就值剩下一个问题，就是连续的使用。比如输入多个Date对象，cout << d1 << d2 << d3 << endl，由于重载的函数没有返回值，程序会报错（运算符优先级为从左到右，先输出d1），所以重载的函数需要返回cout，也就是ostream的对象。最后的函数是

// cout的重载
std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
	return out;
}

// cin的重载
std::istream& operator>>(std::istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}

关于const

在这里插入图片描述
当构造函数和拷贝构造函数都没加const时

为什么会报错？这里涉及到权限放大的问题

+的重载函数返回ret的值，由于ret是局部变量，函数在返回前拷贝ret的值到临时变量中，而临时变量具有常性，可以理解为是const修饰的，不能修改，d1 + 1得到的返回值是const修饰的临时变量，而Date d3 = d1 + 1是一个拷贝构造函数，该表达式等价于Date d3(d1 + 1)
在这里插入图片描述
d1 + 1是一个临时变量，作为拷贝构造函数的参数，而该拷贝构造函数的形参为Date&，当引用没有const修饰，实体却有const修饰，属于权限放大，程序当然报错。

同理赋值重载的形参也没加const 在这里插入图片描述
在加上const后程序不再报错

之前一直说当函数不改变对象时，需要对形参的类型加上const表示只读以保护变量的值。比如打印函数，void Print(const int* i)，打印一个整形的值，不需要对它进行改变，所以加上const，但看下面的程序，为什么会报错呢？
在这里插入图片描述

这里给出Print函数的定义，可以看到由于this指针是隐藏在形参中的，所以定义打印这样的只有类对象一个参数的函数时，是不用写参数的。将this显式的写出是这样的
在类的那篇博客中有提到，编译器默认this指针的类型是* const，const在*的右边表示this指针的值不能改变，但能改变this指针指向的对象。

调用d1.Print()时，编译器处理后将d1的地址作为函数形参传给this指针，d1.Print(&d1)。这时的&d1类型是Date *，但调用func函数时，将d1作为形参传给一个引用，该引用用const修饰表示只读，func函数中调用d.Print()时，函数参数也是&d，但由于d是一个const引用，所以这个&d的类型是const Date *，表示这个指针指向对象不能修改，是只读属性。而Date类的Print定义时，编译器默认this的类型是Date * const，const只保护了this没有保护this指针指向的对象，所以将const Date *传给Date * const是一个权限放大的行为，权限放大会引起安全问题，程序报错。

要解决这个问题就必须给this加上const，而this指针是被隐藏的，不能显式的写出，那要怎么加呢？
在这里插入图片描述
在整个函数的后面加上const就表示this指针指向的对象为只读类型，不能修改

所以对于不修改成员变量的成员7函数，我们都要尽量加上const，这样普通对象和const对象都可以调用该成员函数

还有一种情况

int main()
{
	Date d1(2022, 5, 24);
	(d1 + 10).Print();// 这样的代码有问题吗？
}

d1 + 10是+的重载，重载函数的返回值是日期类，调用Print去打印这个日期，看上去没有什么问题。但+的重载函数返回的是一个临时变量
在这里插入图片描述
由于ret要销毁，为了返回ret的值，将ret的值拷贝到一个临时变量中，该临时变量具有常属性，也就是const修饰，调用Print时，Print函数会传该临时变量的地址，地址类型为const Date*，若Print函数的this指针没用const修饰，属于权限放大，理论上程序会报错（但可能编译器对其优化，使得地址的类型也为const Date*，在vs中程序不会报错）。

虽然这种情况不会报错，但也验证了对于不修改参数的函数，需要用const修饰参数（当const修饰this指针时，const写在函数体的最后）。

几个问题

1.const对象能调用非const成员函数吗？
// 不行，this指针的类型不同，会引发权限放大
2.非const对象能调用const成员函数吗？
// 可以，权限的缩小
3.cosnt成员函数能调用非const成员函数吗？
// 类中的成员函数去调用其他的成员函数，在函数名前会有一个this指针，表示调用该对象的成员函数
// 不行，传的参数有const修饰，形参没有cosnt修饰，属于权限放大
4.非const成员函数能调用const成员函数吗？
// 同理，理解上面的第二点