C++——类和对象（2）

用户11861691

发布于 2025-10-13 15:17:11

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一. 类的默认成员函数分类

在 C++ 中，当你定义一个类（class 或 struct）时，编译器会自动为你生成一些你没有显式（手动）定义的成员函数。这些函数被称为默认成员函数（Default Member Functions）。

一个类我们不写的情况下，编译器会默认生成6个成员函数，前4个最重要。C++11以后还增加了2个默认成员函数，分别是移动构造和移动赋值，这两个本篇文章不做讲解，主要讲解前4个。

二. 构造函数

构造函数是特殊的成员函数，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。构造函数的本质就是要替代之前类中的初始化函数（Init）的功能，构造函数自动调用的特点就完美的替代的了Init。

构造函数的特点：

函数名就是类名
无返回值（返回值什么都不需要给，也不需要写void，C++规定）
类实例化对象时会自动调用对应的构造函数
如果类中没有显示的定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，一旦显示定义了构造函数，编译器就不会生成
构造函数可以重载
无参构造函数，全缺省构造函数，我们不写编译器默认生成的构造函数都叫做默认构造函数；我们可以理解为，不传实参就可以调用的构造函数称为默认构造函数。注意，当我们显示的写构造函数时，无参构造函数和全缺省的构造函数不能同时存在，虽然能构成函数重载，但是如果实例化对象时不传参数，编译器就不知道要调用哪个构造函数。
我们不写，编译器默认生成的构造函数，对于内置类型成员变量的初始化没有要求，也就是说是否初始化是不确定的，看编译器。对于自定义类型的成员变量，如果我们不显示写构造函数，编译器就会默认调用自定义类型成员变量的默认构造，如果这个成员变量，没有默认构造函数，那么就会报错；如果我们要初始化这个自定义类型的成员变量就要用到初始化列表

注：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:
//	// 无参构造函数
//	Date()
//	{
//		_year = 2025;
//		_month = 10;
//		_day = 13;
//	}

//	// 带参构造函数
//	Date(int year, int month, int day)
//	{
//		_year = year;
//		_month = month;
//		_day = day;
//	}

	// 全缺省构造函数（不能和无参构造函数同时出现，也不能和带参构造函数同时出现）
    // 写全缺省构造函数最好，这样就不用再写无参构造函数了
	Date(int year = 2025, int month = 10, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day<< '\n';
	}

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

int main()
{
	// 调用默认构造函数（无参构造 或 全缺省构造 或 编译器默认生成的构造）
	Date d1;
	// 注意，代用默认构造函数创建对象时，后面不能加括号，否则编译器无法识别是函数声明还是实例化对象
	// Date d1(); // err

	// 调用带参构造函数
	Date d2(2025, 10, 1);

	d1.Print();
	d2.Print();

	return 0;
}

成员变量为自定义类型，编译器默认生成的构造函数会调用成员变量的构造函数

class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		_top = 0;
		_capacity = n;
	}
private:
	int* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};

// 两个栈实现一个队列
class Queue
{
public:
	// Queue类的构造函数调用了Stack类的默认构造函数，实现对自定义类型成员变量的初始化
    // 如果Stack类中没有默认构造，那么就必须用初始化列表初始化
private:
    // int i; // 内置类型，编译器默认生成的构造函数对它是否初始化不确定，看编译器
	Stack st1;
	Stack st2;
};

int main()
{
	Queue q1;

	return 0;
}

三. 析构函数

析构函数与构造函数功能相反，析构函数不是完成堆对象本身的销毁；局部对象是存在栈帧的，函数结束栈帧销毁，它就释放了，不需要我们管。C++规定，对象销毁时自动调用析构函数，完成对对象中资源的清理释放工作。析构函数的功能可以类比 Stack 中的Destory函数的功能，而Date没有Destory，严格来说，Date是不需要析构函数的，但是析构函数都会默认生成

析构函数的特点：

函数名就是类名前加一个字符 ~
没有返回值（与构造类似，也不需要void，C++规定）
一个类只能有一个析构函数，若未显示定义，编译器会默认生成一个析构函数
对象生命周期结束时自动调用析构函数
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
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
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，它会调用自定义成员变量的析构；但是有资源申请时，必须要自己写析构，否则会造成资源泄漏，如Stack。
一个局部域的多个对象，C++规定先定义的后析构

class Date
{
public:
	Date(int year,int month,int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
    // 这个析构函数可以不写，因为并没有资源的申请，这里是为了观察对象生命周期结束时是否会调用构造函数
	~Date()
	{
		cout << "~Date()" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

// 析构函数会在对象生命周期结束时自动调用
int main()
{
	Date d1(2025, 10, 1);

	return 0;
}

如果一个类里面只有自定义类型的成员变量，那么如果我们不显示的写析构函数，对象生命周期结束时，会自动调用成员变量的析构函数；对于内置类型，它们没有析构，会在对象生命周期结束时自动销毁

// 构造函数写成默认构造比较好，这要如果另一个类中只有该类型的成员变量
// 就不用再写构造函数，而是直接调用这个类中的默认构造函数
class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		if (_a == nullptr)
		{
			exit(1);
			perror("malloc fail！");
		}
		_top = 0;
		_capacity = n;
	}
	~Stack()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}
private:
	int* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};

// 两个栈实现一个队列
class Queue
{
public:
	// 不需要显式写析构函数，编译器会自动生成一个析构函数，这个析构函数会调用st1和st2的析构函数。
    // 如果我们没有在Queue的析构函数中做其他事情，就不需要定义析构函数。
    
    // 如果需要，可以这样写，但不要调用st1和st2的析构函数：
    // ~Queue()
    // {
           // 这里可以处理Queue自己可能拥有的资源（但当前没有）
           // 决不能在类的析构函数中显式调用成员变量的析构函数
    //     // 这里可以做一些其他清理，但不要调用st1和st2的析构函数
    // }
private:
	Stack st1;
	Stack st2;
};

总结

类中没有申请资源，不需要自己写析构，编译器会自动生成，比如日期类，我们写了也没啥用；
默认生成的析构就可以用，也不用自己写析构，比如MyQueue，会自动调用自定义类型的析构；
如果是申请了资源比如栈等，需要释放空间，必须自己写析构，否则会造成内存泄露。

四. 拷贝构造函数

拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，它的作用是用一个已经存在的对象来初始化一个新创建的同类对象。

拷贝构造函数的特点：

拷贝构造函数时构造函数的一个重载
拷贝构造函数的第一个参数必须是类类型对象的引用，使用传值方式传参，编译器会直接报错，因为语法逻辑上会引发无穷递归调用。拷贝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。
C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以这里自定义类型传值传参和传值返回都会调用拷贝构造完成。
若未显式定义拷贝构造，编译器会自动生成拷贝构造函数。自动生成的拷贝构造对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(一个字节一个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的拷贝构造。
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贝构造就可以完成需要的拷贝，所以不需要我们显示实现拷贝构造。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贝构造完成的值拷贝/浅拷贝不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。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贝构造会调用Stack的拷贝构造，也不需要我们显示实现 MyQueue的拷贝构造。总结，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贝构造，否则就不需要。
传值返回会产生一个临时对象调用拷贝构造，传值引用返回，返回的是返回对象的别名(引用)，没有产生拷贝。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，那么使用引同返回是有问题的，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贝，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。

拷贝构造函数在传值传参，传引用传参互传值返回，传引用返回的作用

class Date
{
public:
	// 构造
	Date(int year = 2025, int month = 10, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	// 构造
	Date(const Date* d)
	{
		_year = d->_year;
		_month = d->_month;
		_day = d->_day;
	}
	// 拷贝构造（因为Date类中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贝构造就可以完成需要的拷贝，所以不需要我们显示实现拷贝构造，这里是为了观察）
	Date(const Date& d) // 加const避免权限的问题，只要不是想要改变被引用的对象，最好就加上const
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
	// 析构
	~Date()
	{
		cout << "~Date()" << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

// 传值传参会调用拷贝构造
void func1(const Date d)
{}
// 传引用传参不会调用拷贝构造 
void func2(const Date& d)
{}
// 上面两个函数不会构成重载

// 传值返回
Date func3()
{
	Date d;
	return d;
}
// 传引用返回
Date& func4()
{
	Date tmp;
	return tmp;
}

int main()
{
	Date d1;
	// 拷贝构造
	// Date d2(d1);
	// Date d2 = d1;

	// 可以利用指针完成拷贝，但是不是拷贝构造，只是⼀个普通的构造
	Date d5(&d1);

	// 传值传参 C++规定自定义类型对象进行拷贝行为必须调用拷贝构造，所以这里传值传参要调用拷贝构造
	// func1(d1); // 会调用拷贝构造

	// 传引用传参，可以减少拷贝次数
	// func2(d2); // 不会调用拷贝构造

	// 传值返回
	// Date d3 = func3(); // 编译器优化为直接构造
	// Date d3(func3());
	
	// 传引用返回
	// func4返回了⼀个局部对象tmp的引⽤作为返回值 
    // func4函数结束，tmp对象就销毁了，相当于了⼀个野引⽤ 
	// Date d4 = func4();
	// Date d4(func4());

	return 0;
}

如果成员变量申请了资源，要手动实现拷贝构造，实现深拷贝

class Stack
{
public:
	// 构造
	Stack(int n = 4)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		_top = 0;
		_capacity = n;
	}

    // 这是浅拷贝（错误）
	// 1、一个对象修改，会影响另一个对象
	// 2、析构时，同一块空间会释放两次
	//Stack(const Stack& st)
	//{
	//	_a = st._a;
	//	_top = st._top;
	//	_capacity = st._capacity;
	//}

    // 拷贝构造(深拷贝)
	// 不仅对成员拷贝，还要对指向的资源空间数据进行处理
	Stack(const Stack& st)
	{
        // 需要对_a指向资源创建同样⼤的资源再拷⻉值
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			exit(1);
			perror("malloc fail!");
		}
        
        // 将空间中的值都拷贝到 _a 中
		memcpy(_a, st._a, sizeof(int) * st._top);
		
		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}

	// 入栈
	void Push(int x)
	{
		if (_top == _capacity)
		{
			int newcapacity = _capacity * 2;
			int* tmp = (int*)realloc(_a, newcapacity *
				sizeof(int));
			if (tmp == NULL)
			{
				perror("realloc fail");
				return;
			}
			_a = tmp;
			_capacity = newcapacity;
		}
		_a[_top++] = x;
	}
	// 析构
	~Stack()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}
private:
    // 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)
	int* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};


// 两个栈实现一个队列
class MyQueue
{
public:
	// MyQueue类的构造函数调用了Stack类的默认构造函数，实现对自定义类型成员变量的初始化
    // 如果一个类中既有内置类型又有自定义类型，且我们不写拷贝构造函数
    // 那么默认的拷贝构造函数会同时处理这两种类型：内置类型进行浅拷贝，自定义类型调用其拷贝构造函数。
private:
	// int _i;  // 内置类型默认构造函数进行浅拷贝
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

int main()
{
	//Stack st1;
	//st1.Push(1);
	//st1.Push(2);
	// 如果Stack不显示实现拷贝构造，用自动生成的拷贝构造完成浅拷贝
	// 会导致st1和st2里面的_a指针指向同一块资源，析构时会析构两次，程序崩溃 
//	Stack st2 = st1; // 拷贝构造

	MyQueue mq1;
	// MyQueue自动生成的拷贝构造，会自动调用Stack拷贝构造完成pushst/popst 的拷贝
	// 只要Stack拷贝构造自己实现了深拷贝，就没问题 
	MyQueue mq2 = mq1;

	return 0;
}

五. 赋值运算符重载

运算符重载是C++中允许程序员为自定义类型重新定义运算符行为的特性。通过运算符重载，我们可以让自定义类型像内置类型一样使用各种运算符。重载之后，我们可以直接使用运算符进行操作，不用再去调用函数，为我们提供便利的同时，还使得代码更加易读，简洁。

5.1 运算符重载

运算符重载的特点：

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
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，返回类型和参数列表是由我们根据实际情况自己决定的
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，必须按顺序传递
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
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
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@
.* :: sizeof ?: . 注意，这5个运算符不能重载
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)
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，当然，你也可以重载无意义的，但是么什么用处。
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。（前置--和后置--方法类似）
重载 <<(流插入) 和 >>(流提取) 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

前面不能重载的运算符中，.* 运算法之前没见过，在这里介绍一下（很少用，主要了解一下）

void func1()
{
	cout << "void func1()" << endl;
}

class A
{
public:
	void func2()
	{
		cout << "A::void func2()" << endl;
	}
};

int main()
{
	void(*pf1)() = func1; // 函数指针
	(*pf1)(); // 调用函数

	// A类型的成员函数指针
	void(A::*pf2)() = &A::func2; // 成员函数指针
	A a;
	(a.*pf2)(); // .* 运算符，调用函数

	return 0;
}

不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义

// 运算符重载，参数类型中至少有一个是类类型，不能通过运算符重载改变内置类型对象的含义
int operator+(int x, int y)
{
	return x - y; // err
}

运算符重载在全局的情况（大多数不建议）

class Date
{
public:
	Date(int year = 2025, int month = 10, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

// 如果运算符重载在全局，那么将无法访问内部的成员变量
// 有4种方法可以解决： 
// 1、成员放公有  
// 2、Date提供getxxx函数（Java中常用）
// 3、友元函数 
// 4、重载为成员函数 （C++中常用）
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
	return d1._year == d2._day
		&& d1._month == d2._month
		&& d1._day == d2._day;
}

int main()
{
	Date d1(2020,1,1);
	Date d2(2025, 1, 1);
	bool ret = d1 == d2; // 隐式调用
    // 编译器会转换成 operator==(d1, d2);
	// 传参时，运算符左边的传给第一个参数，右边的传给第二个参数，要注意顺序
	cout << (d1 == d2) << endl; // 要注意运算符的优先级(优先级和内置类型保持一致)
	// operator==(d1, d2); // 显示调用(重载在全局)

	return 0;
}

运算符重载在类的内部（比较好）

class Date
{
public:
	Date(int year = 2025, int month = 10, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	
    // 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
	bool operator==(const Date& d)
	{
		return _year == d._year
			&& _month == d._month
			&& _day == d._day;
	}

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

int main()
{
	Date d1(2025, 10, 1);
	Date d2(2025, 10, 12);

	bool ret = d1 == d2; // 隐式调用
	// 编译器会转换成 d1.operator==(d2); 
	// d1.operator==(d2); // 显示调用(重载在类内部)

	return 0;
}

5.2 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贝赋值，这里要注意跟拷贝构造区分，拷贝构造用于于一个对象拷贝初始化给另⼀个要创建的对象。

赋值运算符的特点：

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贝
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
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贝构造函数类似，对内置类型成员变量会完成值拷贝/浅拷贝(⼀个字节⼀个字节的拷贝)，对自定义类型成员变量会调用他的赋值重载函数。
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贝，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贝/浅拷贝不符合我们的需求，所以需要我们自己实现深拷贝(对指向的资源也进行拷贝)。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。总结，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。

// 成员变量不会申请资源
class Date
{
public:
	Date(int year = 2025, int month = 10, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	// 有一个隐含的this指针，所以只要显示的写一个参数就行
	Date& operator=(const Date& d)
	{
        // 不允许自己给自己赋值
        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;
	}

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

int main()
{
	Date d1(2025, 10, 1);
    Date d3(d1); // 拷贝构造，一个对象去初始化另一个对象

	Date d2(2025, 10, 13);
	d1 = d2; // 赋值重载，完成两个已经存在的对象直接的拷贝赋值 
	// d1.operator=(d2); // 显示调用

	return 0;
}

成员变量会申请资源的情况

// 成员变量申请资源
class Stack
{
public:
	// 构造
	Stack(int n = 4)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
		_top = 0;
		_capacity = n;
	}

	// 拷贝构造
	Stack(const Stack& st)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			exit(1);
			perror("malloc fail!");
		}
		memcpy(_a, st._a, sizeof(int) * st._top);

		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}

	// 赋值重载
	Stack& operator=(const Stack& st)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * st._capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			exit(1);
			perror("malloc fail!");
		}
		memcpy(_a, st._a, sizeof(int) * st._top);

		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}

	// 入栈
	void Push(int x)
	{
		if (_top == _capacity)
		{
			int newcapacity = _capacity * 2;
			int* tmp = (int*)realloc(_a, newcapacity *
				sizeof(int));
			if (tmp == NULL)
			{
				perror("realloc fail");
				return;
			}
			_a = tmp;
			_capacity = newcapacity;
		}
		_a[_top++] = x;
	}
	// 析构
	~Stack()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}
private:
	int* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};


// 两个栈实现一个队列
class MyQueue
{
public:
private:
    // 如果一个类中既有内置类型又有自定义类型，且我们不写赋值运算符重载
    // 那么默认的赋值运算符重载函数会同时处理这两种类型
    // 1、对于内置类型：执行逐成员拷贝（按位复制）
    // 2、对于自定义类型：调用该自定义类型的赋值运算符
	// int i;
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

int main()
{
	//Stack st1(8);
	//st1.Push(1);
	//st1.Push(2);
	//Stack st2(st1); // 拷贝构造

	//Stack st3;
	//st3 = st1; // 赋值重载

	MyQueue mq1;
	MyQueue mq2(mq1); // 拷贝构造
	
	MyQueue mq3;
	mq3 = mq1; // 赋值重载

	return 0;
}

5.3 日期类的实现

Date.h

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;

class Date
{
	// 友元函数的声明（放在哪里都可以）
	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);
	// 该函数中有一个隐藏的this指针，Date* const this，而传过来的地址类型为const Date*，所以要在后面加一个const
	// void Print(const Date* const this) const; // 里面的const是修饰this指针，后面的const修饰的是this指针指向的内容
	// this指针有 Date* const this 变为 const Date* const this
	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) const
	{
		assert(month > 0 && month < 13);
		// 存储在静态区，要不然每次都要在栈帧中创建数组
		static int monthDayArray[13] = { -1, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };
		if (month == 2 && (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0))
		{
			return 29;
		}
		else
		{
			return monthDayArray[month];
		}
	}
	bool CheckDate() const
	{
		if (_month < 1 || _month>12)
			return false;

		if (_day<1 || _day>GetMonthDay(_year,_month))
			return false;

		return true;
	}

	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 
	// this指针，会把调用这个函数的对象的地址传过来
	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);
	// 前置--
	Date& operator--();
	// 后置--
	Date operator--(int);

	// d1.operator<<(cout);
	// 日期类d1传给了this，out是cout的别名
	//void operator<<(ostream& out)
	//{
	//	// 输出多个内置类型的变量，cout是有返回值的，输出多个其实是多次流插入函数的调用
	//	out << _year << "-" << _month << "-" << _day << '\n';
	//}

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

// cout要占据第一个位置，如果重载为成员函数，this指针默认第一个是无法更改的，所以要重载成全局函数
// void operator<<(ostream& out, const Date& d); // 这个不能连续输出
// 把 d 中的值读出来，往out里面写
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);

// 把 in 中的值读出来往 d 里面写，所以不能加const
istream& operator>>(istream& in, Date& d);

Date.cpp

#include"Date.h"

Date::Date(int year, int month, int day)
{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;

	if (!CheckDate())
	{
		cout << "非法日期:>" << *this << endl;
	}
}

void Date::Print() const
{
	// this -> _year++; // err 加上const后，this指针指向的内容也不能修改了
	cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}

//// d1 += 100 d1自身也会改变
//Date& Date::operator+=(int day)
//{
//	_day += day;
//	while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
//	{
//		_day -= GetMonthDay(_year, _month);
//		_month++;
//		if (_month == 13)
//		{
//			_year++;
//			_month = 1;
//		}
//	}
//
//	return *this; // 不是局部对象，可以传引用返回
//}
//
//// d1 + 100  d1自身不改变
//Date Date::operator+(int day) const
//{
//	Date tmp(*this); // 用tmp拷贝d1
//
//	tmp._day += day;
//	while (tmp._day > GetMonthDay(tmp._year, tmp._month))
//	{
//		tmp._day -= GetMonthDay(tmp._year, tmp._month);
//		tmp._month++;
//		if (tmp._month == 13)
//		{
//			tmp._year++;
//			tmp._month = 1;
//		}
//	}
//
//	return tmp; // tmp是局部对象，所以不能用传应用返回
//}


// d1 += 100 d1自身也会改变
// 0次拷贝
Date& Date::operator+=(int day)
{
	// day为负数，+=负数 转换为 -=正数
	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; // 不是局部对象，可以传引用返回
}

// d1 + 100  复用+=实现+
// 2次拷贝
Date Date::operator+(int day) const
{
	Date tmp(*this); // 用tmp拷贝d1
	tmp += day; // 直接用上一个函数

	return tmp; // tmp是局部对象，所以不能用传应用返回
}
// 这种复用方式更好，总的拷贝次数少（让拷贝多的复用拷贝少的）


//// d1 += 100 复用+实现+=
// 3次拷贝
//Date& Date::operator+=(int day)
//{
//	*this = *this + day;
//
//	return *this; // 不是局部对象，可以传引用返回
//}
//
//// d1 + 100  d1自身不改变
// 2次拷贝
//Date Date::operator+(int day) const
//{
//	Date tmp(*this); // 用tmp拷贝d1
//
//	tmp._day += day;
//	while (tmp._day > GetMonthDay(tmp._year, tmp._month))
//	{
//		tmp._day -= GetMonthDay(tmp._year, tmp._month);
//		tmp._month++;
//		if (tmp._month == 13)
//		{
//			tmp._year++;
//			tmp._month = 1;
//		}
//	}
//
//	return tmp; // tmp是局部对象，所以不能用传引用返回
//}


// d1 -= 100 自身也会改变
Date& Date::operator-=(int day)
{
	// day为负数，+=负数 转换为 -=正数
	if (day < 0)
	{
		return *this += -day;
	}

	_day -= day;
	while (_day <= 0)
	{
		--_month;
		if (_month == 0)
		{
			--_year;
			_month = 12;
		}

		_day += GetMonthDay(_year, _month);
	}

	return* this;
}

// d1 - 100 自身不会改变
// 复用-=实现-
Date Date::operator-(int day) const
{
	Date tmp = *this; // 拷贝构造
	tmp -= day;

	return tmp;
}


// 前置++和后置++
// ++d1 -> d1.operator++();
// 前置++没有拷贝，用前置比较好
Date& Date::operator++()
{
	*this += 1;
	return *this;
}

// d1++ -> d1.operator++(0); // 里面的数字只要是整型即可
// 后置++两次拷贝
Date Date::operator++(int)
{
	Date tmp(*this);
	*this += 1;

	return tmp;
}

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

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



// 日期比较大小
// 多复用，提高代码可维护性
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 (d1是this，d2是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 < 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 - d2
// 法1：
// 先计算两个日期各自距离自己所在年份的1月1日有多少天，设分别为x和y
// 两个年份相减得到z
// z*365 + 跨越的闰年数 + （x-y）

// 法2：
// 比较两日期，找到较小的；小日期不断++，直到与大日期相等，++了多少次，他们就差了多少天
int Date::operator-(const Date& d) const
{
	Date maxDate = *this;
	Date minDate = d;
	int flag = 1;

	// 如果第一个日期小，第二个日期大，相减是负数
	if (*this < d)
	{
		maxDate = d;
		minDate = *this;
		flag = -1;
	}
	int day = 0;
	while (minDate != maxDate)
	{
		++day;
		++minDate;
	}
	return day * flag;
}

// 流插入和流提取重载
// 如果不是有元函数，那么类的内部要提供Get()函数，才能访问类内部的成员变量
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << '\n';
	return out;
}

// 如果不是有元函数，那么类的内部要提供Set()函数，才能访问类内部的成员变量
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	while (1)
	{
		cout << "请依次输入年月日:>";
		in >> d._year >> d._month >> d._day;

		if (d.CheckDate())
		{
			break;
		}
		else {
			cout << "输入日期非法，请重新输入！" << endl;
		}
	}

	return in;
}

test.cpp

int main()
{
	Date d1(2025, 10, 1);
	Date d2(2025, 10, 13);
	//cin >> d1;
	operator>>(cin, d1);
	//cout << d1;
	operator<<(cout, d1);

	int i = 0;
	cin.operator>>(i); // istream类内部重载了内置类型的流提取
	cout.operator<<(i); // ostream类内部重载了内置类型的流插入

	return 0;
}

六. const成员函数

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
const实际修饰该成员函数隐含的this指针，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 （this指针不能被修改）变为 const Date* const this，（this指针和其所指向的对象都不能被修改）

七. 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。

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 
};

结语

如有不足或改进之处，欢迎大家在评论区积极讨论，后续我也会持续更新C++相关的知识。文章制作不易，如果文章对你有帮助，就点赞收藏关注支持一下作者吧，让我们一起努力，共同进步！

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原始发表：2025-10-13，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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