【C++】类和对象 — 日期类的实现 运算符重载 初始化列表 友元(下篇)

前言

前情回顾: 👉 👉

上两篇已经讲了类和对象的基本使用和最难理解的默认成员函数,接下来将继续深入学习类和对象剩余的内容。


1. 运算符重载

1.1 运算符重载的引入:

    内置类型,可以直接用各种运算符 自定义类型,不能直接用各种运算符

为了自定义类型可以自己使用各种运算符,边引入了运算符重载

C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载,运算符重载是具有特殊函数名的函数,也具有其返回值类型,函数名字以及参数列表,其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。

    函数名字为:关键字operator后面接需要重载的运算符符号。 函数原型:返回值类型 operator操作符(参数列表)

1.2 运算符重载的使用:

#include<iostream>
using namespace std;

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

	bool operator==(Date d2)
	{
          
   
		return _year == d2._year
			&& _month == d2._month
			&& _day == d2._day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
          
   
	Date d1(2022, 5, 16);
	Date d2(d1);

	//可以这样写 - 这样写和使用函数一样
	//if (d1.operator==(d2))
	
	//更多是下面这样用
	if (d1 == d2)//编译器会处理成对应调用if (operator==(d1, d2))
	{
          
   
		cout << "==" << endl;
	}

	return 0;
}
    可以当做正常的函数使用,但是更多的时候是直接使用重载之后的运算符 if (d1 == d2)编译器会处理成对应调用if (operator==(d1, d2))

注意:

    不能通过连接其他符号来创建新的操作符:比如operator@ 重载操作符必须有一个类类型参数 用于内置类型的运算符,其含义不能改变,例如:内置的整型+,不能改变其含义 作为类成员函数重载时,其形参看起来比操作数数目少1,因为成员函数的第一个参数为隐藏的this .* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。

2. 日期类的实现:

2.1 头文件:(Date.h)

#pragma once

#include<iostream>
#include<assert.h>

using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;

class Date
{
          
   
	//友元函数
	friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Date& d);
	friend std::istream& operator>>(std::istream& in, Date& d);
public:
	bool isLeapYear(int year)
	{
          
   
		return (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0;
	}

	int GetMonthDay(int year, int month);

	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1);

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

	//传引用返回
	Date& operator=(const Date& d)
	{
          
   
		//避免自己给自己赋值
		if (this != &d)
		{
          
     
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}

		return *this;
	}

	bool operator==(const Date& d) const;
	bool operator<(const Date& d) const;

	Date operator+(int day) const;
	Date& operator+=(int day);

	Date operator-(int day) const;
	Date& operator-=(int day);

	//C++规定有参数的是后置的,无参数的是前置的
	Date& operator++()   //前置
	{
          
   
		*this += 1;
		return *this;
	}

	Date operator++(int i) //后置 - 不能加缺省值,因为不传参的时候分不清楚,或者不加参数只写类型
	{
          
   
		Date tmp(*this);
		*this += 1;
		
		return tmp;
	}

	//d1 - d2
	int operator-(const Date& d) const;

	//inline不支持声明和定义分别放到.h 和 .cpp
	//所以成员函数中要称为inline最好直接在类里面定义
	//类里面定义默认是inline
	bool operator>(const Date& d) const
	{
          
   
		//return d < *this;
		return !(*this <= d);
	}

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

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

	//d1 <= d2
	bool operator<=(const Date& d) const
	{
          
   
		return *this < d || *this == d;
	}    

	//建议成员函数中不修改成员变量的成员函数,都可以加上const
	//普通对象和const对象都可以调用
	void Print() const//等价于void Print(const Date* const this) - 保护指针指向的内容
	{
          
   
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
	
	Date* operator&()
	{
          
   
		return this;
	}

	//const取地址重载,返回的是一个const Date*的指针
	const Date* operator&() const 
	{
          
   
		return this;
	}

	
	/*void operator<<(std::ostream& out)
	{
		out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}*/

	/*void operator>>(std::istream& in)
	{

	}*/	
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
    全局函数不能在头文件定义,因为其他源文件包含时候会都展开 相当于一个函数在多个源文件中定义,符号表中都有函数的定义,链接的时候就冲突了 类里面定义的默认是内联函数是不会放到符号表中的

2.2 函数具体实现:(Date.cpp)

#include"Date.h"

//成员函数在类里面声明在类外面定义了 - 也是类里面的函数
//所以是可以访问私有的,因为这也算是类里面的成员函数

//写一个小于等于或者是大于等于其他的都可以复用了
bool Date::operator<(const Date& d) const
{
          
   
	if (_year < d._year || _year == d._year && _month < d._month
		|| _year == d._year && _month == d._month && _day < d._day)
	{
          
   
		return true;
	}
	else
	{
          
   
		return false;
	}
}

//d1 == d2
bool Date::operator==(const Date& d) const
{
          
   
	return _year == d._year
		&& _month == d._month
		&& _day == d._day;
}

int Date::GetMonthDay(int year, int month)
{
          
   
	assert(year >= 0 && month > 0 && month < 13); 
	//加上static的好是避免平凡开辟数组空间
	static int monthDayArray[13] = {
          
    0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };
	if (month == 2 && isLeapYear(year))
	{
          
   
		return 29;
	}
	else
	{
          
   
		return monthDayArray[month];
	}
}

Date::Date(int year, int month, int day)
{
          
   
	if (year >= 1 &&
		month <= 12 && month >= 1 &&
		day >= 1 && day <= GetMonthDay(year, month))
	{
          
   
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	else
	{
          
   
		cout << "日期非法" << endl;
	}
}

d1 + 100 -->d1.operator(day);
d1被改变了,d1是不应该被改变的
//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;
//}

//运用拷贝构造:
Date Date::operator+(int day) const
{
          
   
	Date ret(*this);

	/*ret._day += day;
	while (ret._day > GetMonthDay(ret._year, ret._month))
	{
		ret._day -= GetMonthDay(ret._year, ret._month);
		ret._month++;
		if (ret._month == 13)
		{
			ret._year++;
			ret._month = 1;
		}
	}*/

	ret += day;

	//出了作用域这个ret对象就不在了  
	return ret;
}

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;
}
    运算符重载加的时候,一个日期加一个日期原来的值应该不被改变 所以这里巧妙运用了一下拷贝构造 并且加等和加是可以相互复用的
Date Date::operator-(int day) const
{
          
   
	Date ret = *this;
	ret -= day;
	 
	return ret;
}

//用传值返回一定是对的,但是不一定是高效的
Date& Date::operator-=(int day)
{
          
   
	if (day < 0)
		return *this += -day;

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

	return *this;
}

//d1 - d2
int Date::operator-(const Date& d) const
{
          
   
	int flag = 1;
	Date max = *this;
	Date min = d;
	if (*this < d)
	{
          
   
		min = *this;
		max = d;
		flag = -1;
	}

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

	return n * flag;
}

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

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

cout 和 cin其实是全局的对象,包含在iostream这个头文件中,库中实现的时候就将其重载了 istream和ostrem的对象,还用到了运算符重载 将cout符号重载写成全局的原因:

    因为成员函数第一个参数默认都是隐式的this指针 正常的流插入cout是(假设有个对象d),cout << d1; 而现在却是 d1 << cout,这与我们正常的使用习惯有所出入 所以写成全局的,在类外面实现,传两个参数实现,这样就能实现正常的使用了

能传引用的地方尽量传引用,能返回引用的地方也尽量返回引用,可以提高效率

补充:

int main()
{
          
   
	Date d1(2022, 5, 18);
	//Date d2 = d1 + 15;
	Date d3 = d1; //这里调用的是拷贝构造,并不是赋值重载Date d3(d1)
	//拷贝构造是用一个对象去初始化同类型的对象

	//d1 = d2;//两个已经存在的对象才是赋值
	d1 += 15;
	d1.Print();
	//d2.Print();
	return 0;
}

Date d3 = d1; 这里并不是赋值运算符的重载,而是调用拷贝构造 拷贝构造是用一个对象初始化同类型的对象 **d1 = d2;**这才是调用负值重载,对于两个已经存在的对象才是调用赋值重载


3. const对隐式指针this的修饰:

3.1 const的普通用法:

  1. 误写
    不该修改的值如果被误写的话,加上const是不能被改的,会报错
  1. 具有const属性的变量有可能会权限被放大
正确的做法应该是将this的指针用const修饰,但是又因为this指针是隐式的所以C++新增了一个语法就是在成员函数后面直接加上const,表示给this指针的类型修改成 :const 类类型* const this

补充: 如果声明和定义分离,那么声明和定义都要加上const。


3.2 加const的应用场景:

补充:

int a = 10;
int* const pa = &a;
int* pb = pa;

上述写法是允许的,只是赋值。

int a = 10;
const int* pa = &a;
int* pb = pa;

上述写法是不允许的,因为&a是int* 类型的指针,但是const int*类型的指针是不能通过指针修改指针指向的内容的,两者是有区别的。

综上所述:

如果传参的值是不希望被修改的就要考虑加上const加以保护,同时还要考虑连续运算符中返回值产生临时变量的问题,也是const该用到的地方。


4. 初始化列表

4.1 初始化列表的引入:

1.每一个对象都有自己的空间,成员变量是属于某个对象的,对象是整体定义的,而里面的成员变量是什么时候定义的呢?

    成员变量是在初始化列表定义的

2.再次理解构造函数:

    虽然上述构造函数调用之后,对象中已经有了一个初始值,但是不能将其称为对对象中成员变量的初始化。 构造函数体中的语句只能将其称为赋初值,而不能称作初始化。因为初始化只能初始化一次,而构造函数体内可以多次赋值。

3.必须在定义的时候初始化的值:

    引用成员变量 const成员变量 自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)

注意:类中包含以上成员,必须放在初始化列表位置进行初始化

初始化列表可以认为就是对象成员变量定义的地方,并且尽量要在初始化列表初始化。

4.2 初始化列表的使用:

    初始化列表:以一个冒号开始,接着是一个以逗号分隔的数据成员列表,每个"成员变量"后面跟一个放在括号中的初始值或表达式。
int value = 1;
class B
{
          
   
public:
	B(int a = 0)
	{
          
   
		_a = a;
	}
private:
	int _a;
};

class A
{
          
   
public:
	A()
		:_b(2)
		,bb(1)
		,_ref(value)

	{
          
   
		_a = 1;
		
	}
private:
    //可以定义时初始化
    //也可以定义时不初始化,后面再赋值修改
	int _a;

    //下面的只能在定义的时候初始化
	int& _ref;
	const int _b;
	B bb;
};

int main()
{
          
   
	A aa;

	return 0;
}

如下代码:

    如果MyQueue这个类构造函数不写,编译器会生成一个默认构造函数 该默认构造对于内置类型不处理,对于自定义类型处理调用该类型的默认构造

如果写了默认构造但是却不对自定义类型处理,但是调试的过程中会发现,编译器还是对内置类型进行了处理。 为什么显式写的构造函数中没有写自定义类型的构造函数,但是还是对自定义类型进行处理了呢?

    这是因为所有的构造函数都走了一遍初始化列表 初始化列表显式初始化了某个成员,它就会被初始化 如果没有显式的写,也会被初始化 只是对内置类型没有值去初始化,自定义类型会去调用它的构造函数
class Stack
{
          
   
public:
	Stack(int capacity = 0)
	{
          
   
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
		assert(_a);
		_top = 0;
		_capacity = capacity;
	}
private:
	int* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};

class MyQueue
{
          
   
     MyQueue()
     {
          
   }
     
private:
	Stack _st1;
	Stack _st2;
	int _size = 0; //缺省值,给初始化列表用的
};

int main()
{
          
   
	MyQueue mq;

	return 0;
}

5. static修饰成员变量和成员函数

5.1 static修饰的特性:

    声明为static的类成员称为类的静态成员,用static修饰的成员变量,称之为静态成员变量 用static饰的成员函数,称之为静态成员函数 静态成员变量一定要在类外进行初始化 静态成员变量属于这个类,可以用指定类域去访问,不需要对象,也可以是属于任何一个对象 静态成员变量可以认为是类共享的

5.2 static在类中的应用场景:

面试题:实现一个类,计算程序中创建出了多少个类对象。

class A
{
          
   
public:
	A()
	{
          
   
		++_scount;
	}
	A(const A& t) 
	{
          
    
		++_scount;
	}
	~A() 
	{
          
   
		--_scount; 
	}
	static int GetACount() 
	{
          
   
		return _scount;
	}
private:
    //声明
	static int _scount;
};

//定义
int A::_scount = 0;

int main()
{
          
   
	cout << A::GetACount() << endl;
	A a1, a2;
	A a3(a1);
	cout << A::GetACount() << endl;

	return 0;
}

int A::_scount = 0:

    在main函数之前就创建好了,生命周期是全局的 全局的静态,函数里面局部的静态,类里面的静态,生命周期都是全局的

只是全局的静态他的作用域是全局的,在全局任何地方都能使用 局部的静态只能在函数里面使用,类的静态,只能在类里面使用,或者说指定类域,去类域里面找可以访问。

总结:

  1. 静态成员为所有类对象所共享,不属于某个具体的对象,存放在静态区
  2. 静态成员变量必须在类外定义,定义时不添加static关键字,类中只是声明
  3. 类静态成员即可用 类名::静态成员 或者 对象.静态成员 来访问
  4. 静态成员函数没有隐藏的this指针,不能访问任何非静态成员
  5. 静态成员也是类的成员,受public、protected、private 访问限定符的限制

6. 友元

6.1 友元的引入:

    友元提供了一种突破封装的方式,有时提供了便利。但是友元会增加耦合度,破坏了封装,所以友元不宜多用。 友元分为:友元函数和友元类 友元函数可以直接访问类的私有成员,它是定义在类外部的普通函数,不属于任何类,但需要在类的内部声明,声明时需要加friend关键字。

6.2 友元的使用:

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
          
   
	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
          
   }
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d) {
          
   
	_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
	return _cout;
}
istream& operator>>(istream& _cin, Date& d) {
          
   
	_cin >> d._year;
	_cin >> d._month;
	_cin >> d._day;
	return _cin;
}
int main()
{
          
   
	Date d;
	cin >> d;
	cout << d << endl;
	return 0;
}

注意:

    友元函数可访问类的私有和保护成员,但不是类的成员函数 友元函数不能用const修饰 友元函数可以在类定义的任何地方声明,不受类访问限定符限制 一个函数可以是多个类的友元函数 友元函数的调用与普通函数的调用原理相同

6.3 友元类:

    友元类的所有成员函数都可以是另一个类的友元函数,都可以访问另一个类中的非公有成员。 友元关系是单向的,不具有交换性。

友元关系不能传递:

    如果B是A的友元,C是B的友元,则不能说明C时A的友元。 友元关系不能继承,在继承位置再给大家详细介绍
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