C++类和对象中:运算符重载+const成员函数+日期类的完善（上）-阿里云开发者社区

一.为什么C++会有运算符重载这个语法呢?

1.需求说明

有的时候对于某些类来说,我们会有一些需求让我们去实现一些函数,能够便捷快速地对该类的若干成员变量进行数据操作

以日期类为例,有些时候我们想要去判断两个日期谁大谁小,是否相等,计算两个日期之间相差多少天,计算某一个日期加上几天后的日期是多少等等等等的需求

2.实现

有需求,就会有一大堆解决方案.

我们这里以比较日期大小和Date类为例:

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;
};

其中不太好的解决方案是:

1.不规范的解决方案

1.代码实现

bool Greater(const Date& d1, const Date& d2)
{
  if (d1._year > d2._year)
  {
    return true;
  }
  else if (d1._year == d2._year && d1._month > d2._month)
  {
    return true;
  }
  else if (d1._year == d2._year && d1._month == d2._month && d1._day > d2._day)
  {
    return true;
  }
  return false;
}

这里这么多报错呢?

因为我们的日期类的成员变量的访问权限是private,私有

在类外访问不到

怎么办呢?

这个我们先暂时抛开不谈,我们下面会回过头来解释解决方法的.

这里我们先把成员变量设置为公有

实现的挺好的啊,怎么啦?

2.缺陷

有一点不太好的地方,例如:

这个函数的名字叫做Greater(起的挺好)

但是:万一有人这么去定义名字呢?

bool dayu(const Date& d1, const Date& d2)
{//具体实现}
bool compare1(const Date& d1, const Date& d2)
{//具体实现}
如果是比较是否相等的函数
bool xiangdeng(const Date& d1, const Date& d2)
{//具体实现}
bool compare2(const Date& d1, const Date& d2)
{//具体实现}

这是不是不太好啊,如果跟一些外国人一起合作做一些项目开发什么的话

他们不一定能看懂啊:dayu,xiangdeng

而且compare1和compare2对我们中国人也不是很友好,没有人规定1就是大于,2就是小于啊…

所以为了便于代码的跨国际通用性,C++创始人就引入了运算符重载这一语法

3.具体的解决方案:运算符重载

下面我们让开始一起来探索运算符重载的奥秘吧

具体的解决代码在我们学完运算符重载之后我们会给出来的

二.运算符重载的语法形式

受到了数学中运算符的启发,C++创始人就想:

在C语言中运算符只能操作一些内置的数据类型,那么可不可以让它们也能操作一下自定义类型呢?

既然我们都已经决定要去规范一下大家的代码了,那么可不可以把数学符号引入到自定义类型的比较中来呢?

1.语法形式

bool operator>(const Date& d1, const Date& d2)
{
  if (d1._year > d2._year)
  {
    return true;
  }
  else if (d1._year == d2._year && d1._month > d2._month)
  {
    return true;
  }
  else if (d1._year == d2._year && d1._month == d2._month && d1._day > d2._day)
  {
    return true;
  }
  return false;
}

具体调用:

bool ret = operator>(d1, d2);

这个函数比起Greater来说只是改了一下名字

那么你可能会觉得,不过如此嘛

但是,惊喜在这里呢~:

具体调用:

bool ret = d1 > d2;

大于运算符真的可以对自定义类型进行比较了!

为什么呢?

C++创始人设计运算符重载时想:我都已经设计好运算符重载这一语法了,可是调用的话还要加个operator,还是有点麻烦啊,要不然就让编译器去把operator优化一下吧

让我们能够真的只用一个>就能比较两个自定义类型

2.private私有成员的解决方案

但是:我们之前提到过,这个类中的私有成员,类外不能访问,那么怎么办呢?

1.封装出get函数,能够在类外读取对应成员变量的数值

这里为什么会报错呢?因为我们在这里加了const修饰,导致d1和d2不能去调用对应的成员函数,因为编译器怕我们在成员函数中修改成员变量,违背了const的修饰

那我们就去掉const

成功运行

但是也太麻烦了吧,我还需要再去单独设计三个函数来保证类外可以读取类内部的数据

那如果我都不想让类外部读取到我类内部的数据呢?

2.把运算符重载放到类内部

不就这么简单吗,至于这么大费周章吗,我还以为能有什么高明的手段呢.

你错了:

然后我们把这个运算符重载移到类内部,

结果发现:这里竟然报错了

为什么会报出参数太多的错误来呢?

因为类的成员函数的参数列表中有一个隐含的this指针!!!

而且运算符重载有一个规定:

操作的数据个数要与参数个数匹配上

这里我们操作的数据个数是2个,可是参数个数有3个,因此报出了参数太多的错误

怎么修改呢?

把一个参数改为this指针

也就是这样:

bool operator>(Date& d)
{
  if (_year > d._year)
  {
    return true;
  }
  else if (_year == d._year && _month > d._month)
  {
    return true;
  }
  else if (_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day)
  {
    return true;
  }
  return false;
}

调用方法:
1.d1>d2;
2.d1.operator>(d2)  本质是:operator(&d1,d2);this指针指向d1

这就是>的运算符重载的版本

3.其他比较运算符重载的代码

下面一起给出==,!=,<=,>=,<的重载版本了
并且对构造函数传入的日期进行了规范化检查
其实只要我们写出>和==或者<和==
就可以借助于逻辑与或者逻辑或,逻辑取反操作符来进行复用

其中*this就是当前调用这个运算符函数的对象

class Date
{
public:
  Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
  {
    //对传入的日期进行检查
    if ((year < 0) || (month < 1 || month>12) || (day<1 || day>GetMonthDay(year, month)))
    {
      //assert(false);//粗暴一点的方法
      Print();//本质是:this->Print();
      cout << "输入的日期为非法日期" << endl;
      exit(-1);
    }
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  void Print()
  {
    cout << _year << " " << _month << " " << _day << endl;
  }
  bool operator>(Date& d)
  {
    if (_year > d._year)
    {
      return true;
    }
    else if (_year == d._year && _month > d._month)
    {
      return true;
    }
    else if (_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day)
    {
      return true;
    }
    return false;
  }
  bool operator<=(Date& d)
  {
    return !(*this > d);
  }
  bool operator>=(Date& d)
  {
    return *this == d || *this > d;
  }
  bool operator<(Date& d)
  {
    return !(*this >= d);
  }
  bool operator==(Date& d)
  {
    return _year == d._year && _month == d._month && _day == d._day;
  }
  bool operator!= (Date& d)
  {
    return !(*this == d);
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};

当我们引出了运算符重载这个知识点并且实现了>,==,等等运算符的重载之后

三.赋值运算符重载

接上我们类和对象中这个大模块的知识,下面我们来介绍赋值运算符重载这个类的默认成员函数

1.赋值运算符重载为什么能够作为默认成员函数之一呢?

为什么运算符重载中只有赋值运算符会成为类的6大默认成员函数之一呢?

我的理解是:

2.赋值运算符的返回值类型

那么赋值运算符重载的返回值类型是什么呢?

这就要看一下=这个运算符本身的返回值类型了

=这个运算符本身就可以这样连着写,因此b=c这个表达式返回的就是b本身

因此赋值运算符重载的返回值类型是该类对象的引用

3.赋值运算符重载的具体实现

具体代码:

Date5& operator=(Date5& d)
{
  //对传入的日期进行检查
  if ((d._year < 0) || (d._month < 1 || d._month>12) || (d._day<1 || d._day>GetMonthDay(d._year, d._month)))
  {
    //assert(false);//粗暴一点的方法
    cout << "拷贝对象的日期为非法日期: ";
    d.Print();
    cout << "无法进行拷贝" << endl;
    exit(-1);
  }
  _year = d._year;
  _month = d._month;
  _day = d._day;
  return *this;
}

我们来看一下拷贝构造函数的代码

Date5(Date5& d1)
{
  //对传入的日期进行检查
  if ((d1._year < 0) || (d1._month < 1 || d1._month>12) || (d1._day<1 || d1._day>GetMonthDay(d1._year, d1._month)))
  {
    //assert(false);//粗暴一点的方法
    cout << "拷贝对象的日期为非法日期: ";
    d1.Print();
    cout << "无法进行拷贝" << endl;
    exit(-1);
  }
  _year = d1._year;
  _month = d1._month;
  _day = d1._day;
}

4.Stack类的赋值运算符重载实现

Stack& operator=(const Stack& st)
{
  if (_a != nullptr)
  {
    free(_a);//先释放原有空间
    _a = nullptr;
  }
  _a = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
  if (nullptr == _a)
  {
    perror("malloc fail");
    exit(-1);
  }
  _capacity = st._capacity;
  memcpy(_a, st._a, sizeof(int) * st._top);
  _top = st._top;
  return *this;
}

5.赋值运算符重载跟拷贝构造函数的区别与联系

关于拷贝构造函数,大家可以看我的另一篇博客:

C++类和对象中(构造函数,析构函数,拷贝构造函数)详解

里面对拷贝构造函数的来龙去脉进行了详细的讲解

6.注意

下面给大家调试一下,我们按F11进入函数

证明完毕

尽管:

Date d2 = d;看起来像是调用运算符重载函数

但是d2是一个尚未被建立的对象,当前正在用d的数据来对d2进行构造,也就是拷贝构造

这也就印证了这句话:

拷贝构造函数:是利用一个已经存在的对象去拷贝一份还未被创建的对象

而赋值运算符重载:是两个已经存在的对象之间进行拷贝赋值

四.+和+=的运算符重载

1.+=的运算符重载

1.+=有没有返回值呢?

对于一个内置类型来说,我们在这里以两个int类型为例,来探讨一下两个int类型进行+=计算有没有返回值

可见,是有返回值的

这里我们要实现的是让一个日期+=天数

2.+=的实现

因为每个月份的天数都不同,而且二月在闰年是29天,在平年是28天

所以我们有必要实现一个函数来获取当前月份有多少天

int GetMonthDay(int year, int month)
{
  int MonthArray[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,30,31,31,30,31 };
  if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)))
  {
    MonthArray[month]++;
  }
  return MonthArray[month];
}
Date operator+=(int day)
{
  _day += day;
  while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
  {
    _day -= GetMonthDay(_year, _month);
    _month++;
    if (_month == 13)
    {
      _year++;
      _month = 1;
    }
  }
  //从这里我们就可以看出*this在某些情况下是需要在成员函数内部显式使用的
  return *this;//*this就是调用+=这个运算符的变量
}

从这里我们就可以看出*this在某些情况下是需要在成员函数内部显式使用的

可不可以再优化一些呢?

其实我们这个函数是可以传引用返回的,因为:

Date d1(2023, 10, 23);
d1 += 70;
返回的是d1,d1本身并不会随着+=这个运算符函数的销毁而销毁的,因此可以传引用返回
这也是引用作为返回值的一大应用

Date& operator+=(int day)
{
  _day += day;
  while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
  {
    _day -= GetMonthDay(_year, _month);
    _month++;
    if (_month == 13)
    {
      _year++;
      _month = 1;
    }
  }
  return *this;//*this就是调用+=这个运算符的变量,而且这个*this出了这个+=函数之后依然存在,所以可以返回引用
}

2.+的运算符重载

Date operator+(int day)
{
  Date d2(*this);//这里调用拷贝构造函数
  d2._day += day;
  while (d2._day > GetMonthDay(d2._year, d2._month))
  {
    d2._day -= GetMonthDay(d2._year, d2._month);
    d2._month++;
    if (d2._month == 13)
    {
      d2._year++;
      d2._month = 1;
    }
  }
  return d2;
}

那么问题来了,这个+的运算符重载可以传引用返回吗?

当然不可以

为什么呢?

d2是+这个运算符函数中的局部变量,随着+这个函数栈帧的销毁,d2也会随之销毁

因此传只能传值返回,而且返回的不是d2,而是d2的一份临时拷贝

其实这里也不需要这么麻烦,我们是可以复用+=这个运算符的

Date operator+(int day)
  {
    Date d2(*this);//这里调用拷贝构造函数
    d2 += day;
    return d2;
  }

3.可不可以让+=复用+呢?

当然可以啦,我们刚刚介绍的赋值运算符重载函数就能派上用场了

Date& operator+=(int day)
{
  *this = *this + day;
  return *this;
}

C++类和对象中:运算符重载+const成员函数+日期类的完善（上）

一.为什么C++会有运算符重载这个语法呢?

1.需求说明

2.实现

1.不规范的解决方案

1.代码实现

2.缺陷

3.具体的解决方案:运算符重载

二.运算符重载的语法形式

1.语法形式

2.private私有成员的解决方案

1.封装出get函数,能够在类外读取对应成员变量的数值

2.把运算符重载放到类内部

3.其他比较运算符重载的代码

三.赋值运算符重载

1.赋值运算符重载为什么能够作为默认成员函数之一呢?

2.赋值运算符的返回值类型

3.赋值运算符重载的具体实现

4.Stack类的赋值运算符重载实现

5.赋值运算符重载跟拷贝构造函数的区别与联系

6.注意

四.+和+=的运算符重载

1.+=的运算符重载

1.+=有没有返回值呢?

2.+=的实现

2.+的运算符重载

3.可不可以让+=复用+呢?

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2.缺陷

3.具体的解决方案:运算符重载

二.运算符重载的语法形式

1.语法形式

2.private私有成员的解决方案

1.封装出get函数,能够在类外读取对应成员变量的数值

2.把运算符重载放到类内部

3.其他比较运算符重载的代码

三.赋值运算符重载

1.赋值运算符重载为什么能够作为默认成员函数之一呢?

2.赋值运算符的返回值类型

3.赋值运算符重载的具体实现

4.Stack类的赋值运算符重载实现

5.赋值运算符重载跟拷贝构造函数的区别与联系

6.注意

四.+和+=的运算符重载

1.+=的运算符重载

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2.+=的实现

2.+的运算符重载

3.可不可以让+=复用+呢?

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