【C++深入浅出】日期类的实现

小咪咪 2024-04-25 20:06 4阅读 0赞

### ![7da2b55f37154967b4b1121a0d19c52e.jpeg][] ###

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**目录**

一. 前言

二. 日期类的框架

三. 日期类的实现

3.1 构造函数

3.2 析构函数

3.3 赋值运算符重载

3.4 关系运算符重载

3.5 日期 +/- 天数

3.6 自增与自减运算符重载

3.7 日期 - 日期

四. 完整代码

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### 一. 前言 ###

通过前面两期类和对象的学习，我们已经对C++的类有了一定的了解。本期我们的目标是实现一个完整的日期类，通过实现日期类的构造函数、运算符重载等等内容，加深对前面知识的理解。

实现了日期类之后，我们就相当于自己实现了一个网上的日期计算器，如下所示![48ed6f99d7ae4e34b337241671ad50e4.png][]

![63b798316fb447b48955e1df24fce663.png][]

上面的两项功能，都是通过我们接下来要进行的运算符重载实现的。

### 二. 日期类的框架 ###

以下是我们本期实现的日期类的基本框架![b0c5c823b95545c7af224406206203c1.png][]

class Date
    {
    public:
    	// 全缺省的构造函数
    	Date(int year = 2023, int month = 1, int day = 1);
    
    	// 拷贝构造函数
    	Date(const Date& d);
    
    	// 赋值运算符重载
    	Date& operator=(const Date& d);
    
    	// 析构函数
    	~Date() {};
    
    	// +、=等算数运算符重载
    	Date& operator+=(int day); //日期+=天数
    	Date operator+(int day); //日期+天数
    	Date& operator-=(int day); //日期-=天数
    	Date operator-(int day); //日期-天数
    
    	// 日期-日期 返回天数,即日期差
    	int operator-(const Date& d);
    
    	// 自增、自减运算符重载
    	Date& operator++(); //前置++
    	Date operator++(int); //后置++
    	Date operator--(int); //后置--
    	Date& operator--(); //前置--
    
    	// >、<、==等关系运算符重载
    	bool operator>(const Date& d); 
    	bool operator==(const Date& d); 
    	bool operator >= (const Date& d);
    	bool operator < (const Date& d);
    	bool operator <= (const Date& d);
    	bool operator != (const Date& d);
    
    	//打印数据
    	void Print();
    
    private:
    	int _year; //年
    	int _month; //月
    	int _day; //日
    };

### 三. 日期类的实现 ###

#### 3.1 构造函数 ####

构造函数的目的是初始化类对象，这里我们只需要实现两种构造函数即可。一种是全缺省的构造函数，使用全缺省的构造函数可以让类对象构造时传参更加灵活；而另一种则是拷贝构造函数。

**全缺省的构造函数**

很简单，我们只需要判断传入的参数是否符合生活中日期的规则，如果符合则正常进行初始化，反之则程序退出。规则大致如下![0541ec41480243d6808d4a98481cdbd7.png][]

> **日期规则**
> 
> **1、**月份必须在1月到12月之间。例如0月和13月是非法的
> 
> **2、**日份必须在当前月的天数范围内。例如1月32日，4月31日是非法的

由于每个月的天数不同，尤其是2月，还有闰年平年之分，故我们可以先写个函数用来获取当前月的天数。这个函数不仅可以用在日份的判断，在之后也会经常用到。

// 获取某年某月的天数
    int GetMonthDay(int year, int month)
    {
        //用一个数组表示平年每月的天数，下标表示月份
    	int MouthDayArray[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
    	if (month == 2 &&(year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)) //判断闰年
    	{
    		MouthDayArray[2]++; //是闰年，2月份天数+1
    	}
    	return MouthDayArray[month]; //返回当前月天数
    }

有了上面的函数， 再根据之前的规则，我们很容易就可以写出构造函数![dea5f7f1b31b4932b1a25343b5215e29.gif][]

// 全缺省的构造函数
    Date(int year = 2023, int month = 1, int day = 1)
    {
    	if ( month < 1 || month > 12 || day < 1 || day > GetMonthDay(year, month))
    	{
    		cout << "日期非法" << endl;
    		exit(-1);
    	}
    	_year = year;
    	_month = month;
    	_day = day;
    }

**拷贝构造函数**

拷贝构造函数就更简单了，拷贝构造函数是用已存在的对象初始化新对象，故不需要考虑日期是否合法，直接拷贝即可，如下：

// 拷贝构造函数, d2(d1)
    Date(const Date& d) //加const避免d被意外修改，使用引用传递是为了提高效率
    {
    	_year = d._year;
    	_month = d._month;
    	_day = d._day;
    }

#### 3.2 析构函数 ####

由于日期类不涉及动态内存管理，因此使用编译器自动生成的析构函数即可，不需要显式进行实现。

#### 3.3 赋值运算符重载 ####

同理，由于日期类不涉及动态内存管理，因此只要进行普通的浅拷贝即可，编译器默认生成的赋值运算符重载函数即可完成要求。

//赋值运算符重载，不需要显式进行实现，这里使用编译器默认生成的即可
    Date& operator=(const Date& d)
    {
    	_year = d._year;
    	_month = d._month;
    	_day = d._day;
    	return *this; //返回当前对象的引用为了实现链式访问
    }

#### 3.4 关系运算符重载 ####

关系运算符有>、<、>=、<=、==以及!=，我们先来实现">"运算符。

我们要如何判断一个日期大于另一个日期呢？很简单，先比较年，年相等则比较月，月相等则比较日，直到比出结果。代码如下：

// >运算符重载
    bool operator>(const Date& d)
    {
    	if (_year > d._year) //比较年
    	{
    		return true; 
    	}
    	else if (_year == d._year && _month > d._month) //年相等比较月
    	{
    		return true;
    	}
    	else if (_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day) //年月都相等比较日
    	{
    		return true;
    	}
    	else //前面的条件都不符合，说明日期比较小，返回false
    	{
    		return false;
    	}
    }

接下来是"=="运算符，这就简单啦，看看年月日是否都相等即可![12a401cf82b04d5db5fd6be97e17f3bf.gif][]

// ==运算符重载
    bool operator==(const Date& d)
    {
        // 逻辑与，下面的条件都符合才返回true，否则为false
    	return (_year == d._year) && (_month == d._month) && (_day == d._day);
    }

然后是"<"运算符，我知道我知道，把上面">"运算符的逻辑都反过来再敲一遍就好啦![f054c15d28184e8e91640df59802e56f.gif][]

这种方法固然可以，但未免会显得过于冗余。实际上，我们已经实现了">"运算符和"=="运算符重载，那"<"不就是既不大于也不等于嘛，我们复用一下之前的重载函数即可，如下![fe4565ade8114b738ff564976f5c2534.gif][]

// <运算符重载
    bool operator<(const Date& d)
    {
        //*this表示当前对象
    	return !((*this == d) || (*this > d)); //逻辑非之后表示既不大于也不等于
    }

通过复用的方法，剩下的"<="、">="和"!="我们也可以很轻松的写出来，如下：

// >=运算符重载
    bool operator>=(const Date& d)
    {
    	return !(*this < d); //复用<运算符
    }
    
    // <=运算符重载
    bool operator<=(const Date& d)
    {
    	return !(*this > d); //复用>运算符
    }
    
    // !=运算符重载
    bool operator!=(const Date& d)
    {
    	return !(*this == d); //复用==运算符
    }

> **小贴士：**实现类中成员函数时，并不意味着每个都要将其逻辑完整地写出，有些函数之间可以相互复用，简化代码。例如上面我们只需实现">"号和"=="号的重载函数，其余的函数直接复用即可。

#### 3.5 日期 +/- 天数 ####

接下来我们来实现日期计算器的第一个功能：推算几天后的日期。通过重载"+/-"号运算符我们可以实现日期 +/- 指定天数![852bb7b87ca04f34ba3bb9655a0880c0.png][]

**日期 + 指定天数**

首先，我们要知道，日期的进位规则和我们的十进制不一样。每个月的天数都不同，当超过本月的天数，月份都要进1，并且每过12个月年份都要进1。故我们需要用到之前实现的获取本月天数的函数，用来判断是否需要进位。

例如，求在12月3号的基础上100天后是几月几号？计算过程如下![a85461829dfb4d1498fce13ea7049435.png][]

![1cf5ad5dfd4641c399d06a09b48ae99a.gif][]

下面给出示例代码（初版）：

// 日期+=天数(初版)
    Date& operator+=(int day)
    {
    	_day += day; //先将天数全部加到_day上
        
        //下面开始进行进位
    	while (_day > GetMonthDay(_year, _month)) //当_day大于本月的天数说明还需要进行进位，继续
    	{
    		//月进位
    		_day -= GetMonthDay(_year, _month); //减去当前月的天数
    		++_month; //来到下一月
    
    		//月进位后判断年是否需要进位
    		if (_month == 13)
    		{
    			++_year;
    			_month = 1; //进位后月份来到了1月
    		}
    	}
    	return *this;
    }

> 不过需要注意的是：上面的代码我们对日期进行了修改，返回的是修改后的对象，故实现的不是"+"号的运算符重载，而是"+="运算符的重载。

那如果我们要实现"+"号呢？很简单，拷贝一份原对象，然后对拷贝后的对象复用"+="运算符重载即可，这样就不会对原对象进行修改。代码如下：

// 日期+天数
    Date operator+(int day)
    {
    	Date tmp(*this); //拷贝构造一个临时变量
    	tmp += day; //复用+=运算符，此时tmp就是加上day后的日期，但原对象并没有改变
    	return tmp; //以值的形式返回
    }

**日期 - 指定天数**

实现了推算几天后的日期，我们再来实现推算几天前的日期。同样的，我们先实现"-="运算符的重载，然后"-"号运算符进行复用即可。

日期+天数是进行进位，那么日期-天数就是进行借位、退位，二者互为逆过程。有一点需要注意的是，退位借的是上一个月的天数，故我们需要先让月先减再让天数增加。动图如下：

#### ![84b131d504ad4d62aad20416c919c73f.gif][] ####

下面是是示例代码（初版）：

// 日期-=天数(初版)
    Date& operator-=(int day)
    {
    	_day -= day; //先全部减到_day上
    	while (_day <= 0) //_day小于0说明需要借位，进行循环
    	{
    		//月先借位
    		--_month;
    			
    		//月借位后判断年是否需要借位
    		if (_month == 0)
    		{
    			--_year; //年借位
    			_month = 12; //月变为上一年12月
    		}
    		_day += GetMonthDay(_year, _month); //将借到的天数进行累加
    	}
    	return *this;
    }

实现了日期-=天数，那么日期-天数直接复用即可![c878e7d00b5e461ca11e12a9b2418900.gif][]

// 日期-天数
    Date operator-(int day)
    {
    	Date tmp(*this); //拷贝构造
    	tmp -= day; //复用-=运算符
    	return tmp;
    }

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细心的小伙伴可能发现了，上面我们写的"+="和"-="运算符重载都是初版，是有哪里要改进吗？没错，其实上面的代码在特殊情况下有出错的风险，即用户传入的天数如果是个负数，那么最终得到的答案可能就不是我们想要的。但是我们再来看看网上的日期计算器![6e62d0b2ce3d4f3a967c1c51c6330702.png][]

#### ![fcaa6c080aa34362a6e214f8954f0d21.png][] ####

没错，网上的日期计算器对负数有着特殊处理，输入负数时则是向前计算，即减去相应的天数。故我们可以参考进行实现：

// 日期+=天数(终版)
    Date& operator+=(int day)
    {
    	if (day < 0) //先判断day的正负
    	{
    		*this -= (-day); //为负数则复用-=运算符
    		return *this; //直接返回
    	} 
    	_day += day; //先将天数全部加到_day上
        
        //下面开始进行进位
    	while (_day > GetMonthDay(_year, _month)) //当_day大于本月的天数说明还需要进行进位，继续
    	{
    		//月进位
    		_day -= GetMonthDay(_year, _month); //减去当前月的天数
    		++_month; //来到下一月
    
    		//月进位后判断年是否需要进位
    		if (_month == 13)
    		{
    			++_year;
    			_month = 1; //进位后月份来到了1月
    		}
    	}
    	return *this;
    }

> 对于**"+="运算**，我们通过复用"-="实现对负数的特殊处理。而对于**"-="运算**，我们可以复用"+="实现对负数的特殊处理，这里就不再展开了。

#### 3.6 自增与自减运算符重载 ####

在上面实现日期+=天数和日期-=天数的基础上，我们通过复用可以很轻松地实现自增和自减运算符重载，代码如下：

// 前置++
    Date& operator++()
    {
        *this += 1; //先+1
    	return *this; //再返回，返回+1后的结果
    }
    
    // 后置++
    Date operator++(int) //int用于占位，表示后置++
    {
    	Date tmp(*this); //拷贝一份
    	*this += 1; //然后+1
    	return tmp; //返回+1前的结果
    }
    
    // 前置--
    Date& operator--()
    {
        *this -= 1; //先-1
    	return *this; //再返回，返回-1后的结果
    }
    
    // 后置--
    Date operator--(int) //int用于占位，表示后置--
    {
    	Date tmp(*this); //拷贝一份
    	*this -= 1; //然后-1
    	return tmp; //返回-1前的结果
    }

#### 3.7 日期 - 日期 ####

我们知道，日期+日期是没有意义的，但日期-日期却是很有价值的，可以用来获取两个日期之间间隔的天数。故我们最后还要来实现"-"号运算符的另外一个重载版本，用于进行日期-日期的运算。

由于日期类的运算规则较为复杂，涉及到每年的天数不同，每月的天数不同，以及平闰年之分，如果采用正常的年-年，月-月的方法，想想都头大![4f76e19294064b26a3f777af4a48ed1a.gif][]

故我们另辟稀径，我们可以先找出较小的那个日期，然后让较小的日期不断+1，用一个变量**count**来统计+1的次数，直到较小的日期和较大的日期相等时，**count**的值不就是我们要求的差值嘛![9d4cfbf750d74a198b0059f94fb5aa59.gif][]代码如下：

// 日期-日期 返回天数
    //法1：年-年，月-月，日-日，太过复杂
    //法2：找出较小的那个，一直累加直到等于大的那个，累加的次数就是之间的天数
    int operator-(const Date& d)
    {
        //找出较小的那个日期，这里先假设*this较小
    	Date min = *this;
    	Date max = d;
    	int flag = -1; //用于表示最后相减结果的符号
    	if (min > max) //假设不成立，互换
    	{
    		min = d;
    		max = *this;
    		flag = 1;
    	}
    
        //小的进行累加，直到二者相等
    	int ret = 0; //统计min累加的次数
    	while (max > min)
    	{
    		min++;
            ret++; 
    	}
    	return ret*flag; //最终累加的次数即为日期差
    }

### 四. 完整代码 ###

最后给出本期日期类的完整代码，需要的读者自取![d8c173ca3dd0488b8cb03ae7f7d8d789.gif][]

class Date
    {
    public:
    	// 获取某年某月的天数
    	int GetMonthDay(int year, int month)
    	{
    		//用一个数组表示平年每月的天数，下标表示月份
    		int MouthDayArray[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
    		if (month == 2 && (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)) //判断闰年
    		{
    			MouthDayArray[2]++; //是闰年，2月份天数+1
    		}
    		return MouthDayArray[month]; //返回当前月天数
    	}
    
    	// 全缺省的构造函数
    	Date(int year = 2023, int month = 1, int day = 1)
    	{
    		if (month < 1 || month > 12 || day < 1 || day > GetMonthDay(year, month))
    		{
    			cout << "日期非法" << endl;
    			exit(-1);
    		}
    		_year = year;
    		_month = month;
    		_day = day;
    	}
    
    	// 拷贝构造函数, d2(d1)
    	Date(const Date& d) //加const避免d被意外修改，使用引用传递是为了提高效率
    	{
    		_year = d._year;
    		_month = d._month;
    		_day = d._day;
    	}
    
    	//赋值运算符重载，不需要显式进行实现，使用编译器默认生成的即可
    	Date& operator=(const Date& d)
    	{
    		_year = d._year;
    		_month = d._month;
    		_day = d._day;
    		return *this; //返回当前对象的引用为了实现链式访问
    	}
    
    	// 析构函数
    	~Date() {};
    
    	// 日期+=天数
    	Date& operator+=(int day)
    	{
    		if (day < 0)
    		{
    			*this -= (-day);
    			return *this;
    		}
    		_day += day;
    		while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
    		{
    			//月进位
    			_day -= GetMonthDay(_year, _month);
    			++_month;
    
    			//年进位
    			if (_month == 13)
    			{
    				++_year;
    				_month = 1;
    			}
    		}
    		return *this;
    	}
    
    	// 日期+天数
    	Date operator+(int day)
    	{
    		if (day < 0)
    		{
    			return *this - (-day) ;
    		}
    		Date tmp(*this); //拷贝构造
    		tmp += day; //复用+=运算符
    		return tmp;
    	}
    
    	// 日期-=天数
    	Date& operator-=(int day)
    	{
    		if (day < 0)
    		{
    			*this += (-day);
    			return *this;
    		}
    		_day -= day;
    		while (_day <= 0)
    		{
    			//月让位
    			--_month;
    			
    			//年让位
    			if (_month == 0)
    			{
    				--_year;
    				_month = 12;
    			}
    			_day += GetMonthDay(_year, _month);
    		}
    		return *this;
    	}
    
    	// 前置++
    	Date& operator++()
    	{
    		*this += 1; //先+1
    		return *this; //再返回，返回+1后的结果
    	}
    
    	// 后置++
    	Date operator++(int) //int用于占位，表示后置++
    	{
    		Date tmp(*this); //拷贝一份
    		*this += 1; //然后+1
    		return tmp; //返回+1前的结果
    	}
    
    	// 前置--
    	Date& operator--()
    	{
    		*this -= 1; //先-1
    		return *this; //再返回，返回-1后的结果
    	}
    
    	// 后置--
    	Date operator--(int) //int用于占位，表示后置--
    	{
    		Date tmp(*this); //拷贝一份
    		*this -= 1; //然后-1
    		return tmp; //返回-1前的结果
    	}
    
    	// >运算符重载
    	bool operator>(const Date& d)
    	{
    		if (_year > d._year) //比较年
    		{
    			return true;
    		}
    		else if (_year == d._year && _month > d._month) //年相等比较月
    		{
    			return true;
    		}
    		else if (_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day) //年月都相等比较日
    		{
    			return true;
    		}
    		else //前面的条件都不符合，说明日期比较小，返回false
    		{
    			return false;
    		}
    	}
    
    	// ==运算符重载
    	bool operator==(const Date& d)
    	{
    		return (_year == d._year) && (_month == d._month) && (_day == d._day);
    	}
    
    	// <运算符重载
    	bool operator<(const Date& d)
    	{
    		//*this表示当前对象
    		return !((*this == d) || (*this > d)); //逻辑非之后表示既不大于也不等于
    	}
    
    	// >=运算符重载
    	bool operator >= (const Date& d)
    	{
    		return !(*this < d); //复用<运算符
    	}
    
    	// <=运算符重载
    	bool operator <= (const Date & d)
    	{
    		return !(*this > d); //复用>运算符
    	}
    
    	// !=运算符重载
    	bool operator != (const Date& d)
    	{
    		return !(*this == d); //复用==运算符
    	}
    
    	// 日期-日期 返回天数
    	//法1：年-年，月-月，日-日，太过复杂
    	//法2：找出较小的那个，一直累加直到等于大的那个，累加的次数就是之间的天数
    	int operator-(const Date& d)
    	{
    		//找出较小的那个日期，这里先假设*this较小
    		Date min = *this;
    		Date max = d;
    		int flag = -1; //用于表示最后相减结果的符号
    		if (min > max) //假设不成立，互换
    		{
    			min = d;
    			max = *this;
    			flag = 1;
    		}
    
    		//小的进行累加，直到二者相等
    		int ret = 0; //统计min累加的次数
    		while (max > min)
    		{
    			min++;
    			ret++;
    		}
    		return ret * flag; //最终累加的次数即为日期差
    	}
    
    	//打印数据
    	void Print()
    	{
    		cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
    	}
    private:
    	int _year;
    	int _month;
    	int _day;
    };

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***以上，就是本期的全部内容啦*****🌸**

***制作不易，能否点个赞再走呢*****🙏**

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