C++之运算符重载实例（日期类实现）

C++ 日期类的实现与深度解析

在C++编程中，自定义数据类型是构建复杂应用的基础。日期作为一个常用的数据类型，涉及到多种操作，如日期的加减、比较、计算间隔天数等。本文是对前几篇C++博客的应用。

一、代码结构概览

我们实现的Date类包含了日期相关的核心功能，代码分为头文件Date.h和源文件Date.cpp两部分。头文件负责类的声明，定义类的成员函数接口和数据成员；源文件则实现这些成员函数，完成具体的业务逻辑。

1.1 头文件 Date.h

// Date.h
#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;class Date
{
public:// 获取某年某月的天数int GetMonthDay(int year, int month) const;// 全缺省的构造函数Date(int year = 1900, 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();// 日期+=天数Date& operator+=(int day);// 日期+天数Date operator+(int day) const;// 日期-天数Date operator-(int day) const;// 日期-=天数Date& operator-=(int day);// 前置++Date& operator++();// 后置++Date operator++(int);// 后置--Date operator--(int);// 前置--Date& operator--();// >运算符重载bool operator>(const Date& d) const;// ==运算符重载bool operator==(const Date& d) const;// >=运算符重载bool operator >= (const Date& d) const;// <运算符重载bool operator < (const Date& d) const;// <=运算符重载bool operator <= (const Date& d) const;// !=运算符重载bool operator != (const Date& d) const;// 日期-日期 返回天数int operator-(const Date& d) const;// 输出日期void Print() const;private:int _year;int _month;int _day;
};

头文件中定义了Date类，包含私有成员变量_year、_month、_day，用于存储日期的年、月、日信息；同时声明了一系列成员函数，涵盖日期计算、比较、赋值等操作。

1.2 源文件 Date.cpp

// Date.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "Date.h"// 实现获取某年某月天数的函数
int Date::GetMonthDay(int year, int month) const
{assert(month > 0 && month < 13);static int arr[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))return 29;return arr[month];
}// 全缺省构造函数，同时检查日期合法性
Date::Date(int year, int month, int day)
{// 检查日期合法性if (year < 0 || month < 1 || month > 12 || day < 1 || day > GetMonthDay(year, month)){cout << "Invalid date: " << year << "-" << month << "-" << day << endl;// 使用默认值_year = 1900;_month = 1;_day = 1;}else{_year = year;_month = month;_day = day;}
}// 拷贝构造函数
Date::Date(const Date& d)
{_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;
}// 赋值运算符重载
Date& Date::operator=(const Date& d)
{if (this != &d){_year = d._year;_month = d._month;_day = d._day;}return *this;
}// 析构函数，无需显式将成员置零
Date::~Date()
{// 不需要在这里将成员置零
}// 日期加上指定天数
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){_month = 1;_year++;}}return *this;
}// 日期加上指定天数，返回新的日期对象
Date Date::operator+(int day) const
{Date tmp = *this;tmp += day;return tmp;
}// 日期减去指定天数
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;
}// 日期减去指定天数，返回新的日期对象
Date Date::operator-(int day) const
{Date tmp = *this;tmp -= day;return tmp;
}// 前置++操作
Date& Date::operator++()
{*this += 1;return *this;
}// 后置++操作
Date Date::operator++(int)
{Date tmp(*this);*this += 1;return tmp;
}// 后置--操作
Date Date::operator--(int)
{Date tmp(*this);*this -= 1;return tmp;
}// 前置--操作
Date& Date::operator--()
{*this -= 1;return *this;
}// 比较两个日期大小
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;
}// 判断两个日期是否相等
bool Date::operator==(const Date& d) const
{return _year == d._year && _month == d._month && _day == d._day;
}// 判断一个日期是否大于等于另一个日期
bool Date::operator >= (const Date& d) const
{return *this > d || *this == d;
}// 判断一个日期是否小于另一个日期
bool Date::operator < (const Date& d) const
{return !(*this >= d);
}// 判断一个日期是否小于等于另一个日期
bool Date::operator <= (const Date& d) const
{return !(*this > d);
}// 判断两个日期是否不相等
bool Date::operator != (const Date& d) const
{return !(*this == d);
}// 计算两个日期之间的天数差
int Date::operator-(const Date& d) const
{Date min = *this;Date max = d;int flag = 1;if (min > max){min = d;max = *this;flag = -1;}int days = 0;// 优化算法：逐月计算天数差while (min < max){// 计算下个月1号的日期Date nextMonth(min._year, min._month + 1, 1);if (nextMonth > max){// 如果下个月超过了max，则直接计算当前月剩余天数days += max._day - min._day;break;}else{// 计算当前月的剩余天数days += GetMonthDay(min._year, min._month) - min._day + 1;// 跳到下个月1号min = nextMonth;}}return days * flag;
}// 输出日期
void Date::Print() const
{cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}

源文件中具体实现了头文件声明的各个成员函数，从基础的日期创建、拷贝、赋值，到复杂的日期计算与比较，每个函数各司其职，共同完成日期类的功能。

二、关键函数实现解析

2.1 获取某月天数函数 GetMonthDay

int Date::GetMonthDay(int year, int month) const
{assert(month > 0 && month < 13);static int arr[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))return 29;return arr[month];
}

该函数用于获取指定年份和月份的天数。通过一个静态数组arr存储常规月份的天数，并根据闰年规则（能被4整除但不能被100整除，或者能被400整除）判断2月的天数。函数声明为const成员函数，表明不会修改对象的状态，也允许常量对象调用。

2.2 构造函数 Date

Date::Date(int year, int month, int day)
{// 检查日期合法性if (year < 0 || month < 1 || month > 12 || day < 1 || day > GetMonthDay(year, month)){cout << "Invalid date: " << year << "-" << month << "-" << day << endl;// 使用默认值_year = 1900;_month = 1;_day = 1;}else{_year = year;_month = month;_day = day;}
}

构造函数用于初始化Date对象。在初始化前，对传入的年份、月份和日期进行合法性检查，若日期不合法，则将对象初始化为默认日期1900-01-01，保证对象的有效性。

2.3 日期加减法运算

在这里为了减少类类型的拷贝，节约资源，通常先实现+= 或 -=；

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){_month = 1;_year++;}}return *this;
}Date Date::operator+(int day) const
{Date tmp = *this;tmp += day;return tmp;
}

operator+=函数实现了日期加上指定天数的功能，通过循环处理跨月、跨年的情况；operator+函数则基于operator+=，返回一个新的日期对象，保持原对象不变。类似地，operator-=和operator-函数实现了日期减法操作。

2.4 前置与后置自增/自减操作

为区分前置与后置，后置类型要在括号当中加入int形参，与前置构成重载；

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

前置自增operator++先对日期进行加1操作，再返回修改后的对象；后置自增operator++(int)通过创建临时对象保存原始状态，对原对象进行加1操作后，返回临时对象，保证后置自增“先使用，后修改”的语义。自减操作operator--和operator--(int)的实现原理与之类似。

2.5 日期比较与差值计算

在自我实现日期比较时，只需实现一个>或<，加上一个=，其余的都可以用这两个来实现。

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;
}int Date::operator-(const Date& d) const
{Date min = *this;Date max = d;int flag = 1;if (min > max){min = d;max = *this;flag = -1;}int days = 0;// 优化算法：逐月计算天数差while (min < max){// 计算下个月1号的日期Date nextMonth(min._year, min._month + 1, 1);if (nextMonth > max){// 如果下个月超过了max，则直接计算当前月剩余天数days += max._day - min._day;break;}else{// 计算当前月的剩余天数days += GetMonthDay(min._year, min._month) - min._day + 1;// 跳到下个月1号min = nextMonth;}}return days * flag;
}

日期比较函数通过依次比较年份、月份和日期，判断两个日期的大小关系；operator-函数用于计算两个日期之间的天数差，采用逐月计算的优化算法，减少不必要的循环次数，提高计算效率。

三、代码优化与注意事项

3.1 代码优化

1. 成员函数添加const修饰：将不修改对象状态的成员函数声明为const，如GetMonthDay、日期比较函数等，提高代码的安全性和可读性，同时允许常量对象调用这些函数。
2. 日期差值计算优化：在计算两个日期差值时，采用逐月计算的方式，避免了每次只增加一天的低效循环，大幅提升计算效率。

3.2 注意事项

1. 日期合法性检查：在构造函数和其他涉及日期修改的函数中，要确保对日期的合法性进行严格检查，防止出现无效日期。
2. 运算符重载的一致性：在重载日期相关运算符时，要保证逻辑的一致性和正确性，例如operator+和operator+=之间的关系，避免出现逻辑矛盾。
3. 避免内存泄漏：虽然Date类中没有动态内存分配，但在更复杂的类设计中，析构函数要正确释放资源，防止内存泄漏。

四、总结

通过实现Date类，运用了C++中类的设计、运算符重载、构造函数、析构函数等核心概念。日期类的实现不仅涉及到基本的数学计算，还需要处理各种边界情况和逻辑判断。