【C++ 基础篇:25】:【重要模板】C++ 算术(赋值)运算符重载及自增自减运算符重载【以 Date 日期类为例】

系列文章说明

本系列 C++ 相关文章 仅为笔者学习笔记记录,用自己的理解记录学习!C++ 学习系列将分为三个阶段:基础篇、STL 篇、高阶数据结构与算法篇,相关重点内容如下:

  1. 基础篇类与对象(涉及C++的三大特性等);
  2. STL 篇学习使用 C++ 提供的 STL 相关库
  3. 高阶数据结构与算法篇手动实现自己的 STL 库设计实现高阶数据结构,如 B树、B+树、红黑树等。

学习集:



前言

  • 对于类的基本学习已经到了一定的阶段,故最近几篇文章笔者将和大家分享的内容是:《运算符重载小专题》!目前已更新:关系运算符的重载(点击跳转)输入输出运算符重载(点击跳转) ,解决的自定义类型 / 对象的比较与输入输出问题!
  • 本篇文章中,笔者将与大家分享的是 自定义类型 / 对象 的运算问题!即:自增自减运算符重载及算术运算符重载

一、C++ 算术(赋值)运算符重载

1. 说明

本文中将以 +、-、+=、-= 为例,设计实现算术(赋值)运算符重载!【注意:在此前运算符重载说明篇中,提及过:运算符重载不能改变其本身意义!】


2. += / -= 号运算符重载【以 Date 日历类为例】

符号含义

  • +=:加且赋值运算符,把右边操作数加上左边操作数的结果赋值给左边操作数!
  • -=:减且赋值运算符,把左边操作数减去右边操作数的结果赋值给左边操作数

对于我们的 Date 日期类而言,一般提供的接口会有:推算当前日期加减多少天后的日期问题!
此时就出现,如:2023-6-16 += 或 + 15天 之类的运算情形!显然使用原有的运算符是无法进行计算的!(如下图)

在这里插入图片描述


2.1 设计思路

故,我们需要重载我们的运算符!由于 + 或 - 可以基于 += 或 -= 来实现,因此笔者优先实现对 += / -= 的重载


实现设计思路:

  1. 参数问题:显然需要传递一个天数用于递推的运算。该值不需要改变,故可以使用 const 修饰。
  2. 日期迭代计算问题:由于涉及到日期的更迭,我们需要考虑的每个月的天数问题!以及可能出现闰年二月的情形

2.2 解决:闰年问题(计算规则及起源介绍)

关于:闰年问题!

  • 判断闰年的方式(1582年后的计算准则):该年可以被 400 整除 或 概念可以被 4 整除但不能被 100 整除,如:1900年不是闰年!

关于闰年起源问题:(以上闰年计算法则是1582年后的计算规则!)

  • 1582年以来公历的置闰规则:
  • 普通闰年:公历年份是4的倍数,且不是100的倍数的,为闰年(如2004年、2020年等就是闰年)。
  • 世纪闰年:公历年份是整百数的,必须是400的倍数才是闰年(如1900年不是闰年,2000年是闰年)。
  • 1582年以前的惯例:四年一闰;如果公元 A 年的 A(正数)能被 4 整除,那么它就是闰年;如果公元前B年的B(正数)除以4余1,那么它也是闰年。

闰年判断函数实现(如下):

  • 参数:年份
  • 返回值:是 / 否
/* 闰年判断 */
bool IsLeapYear(int year) {
    
    
	return (year % 400 == 0) || (year % 4 == 0 && year % 100 != 0);
}

2.3 月份天数问题

为了方便计算,笔者单独把获取月份天数设计为一个函数!


设计思路:

  • 参数:年份、月份
  • 返回值:int 类型(天数)
  • 特殊处理:二月份默认设定为 28 天,遇到闰年,即返回值 +1;
  • 优化处理:由于获取月份天数可能使用频率较高,建议使用数组存储数据(设计如下:注意注释解释),并设定为静态数组!(避免每次调用函数新建数组的性能开销!)。

代码实现如下:

/* 获取月份天数 */
int GetMonthDay(int year, int month) {
    
    
	/* 设置为静态数组提升效率 */
	/* 数组大小设置为 13 ,即为了直接使用 days[month] 访问到数据 */
	static int days[13] = {
    
     0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
	
	if (month == 2 && IsLeapYear(year)) {
    
    
		return days[month] + 1;
	}
	return days[month];
}

2.4 += 或 -= 运算符的重载设计与实现

设计思路(注意点):


  1. 基本思路:总是在第几日上增加 / 减少天数实现推算日期,过程中注意判断月份更迭与年份更迭!
  2. 参数:推算所传递的天数。
  3. 返回值:日期的引用!
  4. 其他细节见注释!

+= 运算符重载(实现如下)

/* += 赋值运算符重载 */
Date& Date::operator += (const int day) {
    
    
	_day += day;									/* 直接递增天数 */
	while (_day > GetMonthDay(_year, _month)) {
    
    		/* 日期“合法性”判断 */
		/* 若:天数大于本月的固定天数,则 天数 - 本月天数,并将月份 + 1 */
		_day -= GetMonthDay(_year, _month);			/* 天数更跌 */
		_month += 1;								/* 月份更迭 */
		if (_month == 13) {
    
    							/* 年份更迭 */
			_month = 1;
			_year++;
		}
	}
	return *this;
}

-= 运算符重载(实现如下)

Date& Date::operator -= (const int day) {
    
    
	_day -= day;
	while (_day < 1) {
    
    								/* 判断天数合法性 */
		if (_month == 1) {
    
    							/* 特殊点:年份更迭 */
			_month = 13;							/* 注意此处:13,为的是后续统一的月份更迭计算 */
			_year--;
		}
		_day += GetMonthDay(_year, _month - 1);
		_month--;
	}
	return *this;
}

2.5 测试图例结果

在这里插入图片描述


3. + 或 - 运算符重载

结合上一篇文章中提及,提高代码复用性,此处可以直接使用已有的 += 或 -= 实现 + 或 - 运算符的重在!

3.1 + 运算符的重载设计及实现及测试

+ 运算符重载(实现如下,注意注释提示)

  • 注意返回值:不是引用!
/* 
	在该函数中,不会去修改 Date 对象本身,
	而是返回一个新的对象,
	函数外部可以赋值给原对象或新对象!
*/
Date Date::operator+(const int day) const		
{
    
    
	// Date ret(*this);			/* 拷贝构造 */
	Date ret = *this;			
	ret += day;
	return ret;
}

在这里插入图片描述


3.2 - 运算符的重载设计及实现及测试

+ 运算符重载(实现如下,注意注释提示)

  • 注意返回值:不是引用!
/* 
	在该函数中,不会去修改 Date 对象本身,
	而是返回一个新的对象,
	函数外部可以赋值给原对象或新对象!
*/
Date Date::operator-(const int day) const		
{
    
    
	// Date ret(*this);			/* 拷贝构造 */
	Date ret = *this;			
	ret -= day;
	return ret;
}

在这里插入图片描述


4. 关于 * 、/、*=、/= 重载设计与实现

  • 关于 * 、/、*=、/= 重载设计与实现,根据前文内容,照葫芦画瓢即可!

二、C++ 自增自减运算符重载

1.基本认识

在 C/C++ 中,我们可以使用 ++ / -- 来对我们定义的数据变量进行自增自减操作!这俩运算符可谓是新人学习的噩梦,尤其是大学生期末考试试卷中,那没有任何实际意义的自增自减运算符组合求值问题。【基本使用如下图所示!】


在以往的学习中,可能大家或多或少听说过:前置自增自减 效率高于 后置自增自减。【当然在现在的编译器下肯定是几乎没有区别的,早已被优化】


已知,自增自减运算符分为:前置 和 后置,主要区别就是:

  • 前置是:优先自身运算后再参与到其他运算;
  • 后置是:先参与其他运算之后,再自身运算!

在这里插入图片描述


2.自增自减运算符重载实现

前置后置的 ++ / -- 实际使用中,我们书写就是前置和后置的区别,但是在重载的时候我们该怎么办?

  • 函数写法:使用函数重载!
  • 重载函数的区分方式使用一个参数来区别方案:前置使用无参形式,后置使用含参形式注:实际实现后,我们不需要去显示传递后置实现过程中的那个参数!编译器会自动辨别为自增自减运算符重载的区别参数】
  • 函数返回值:对象本身(引用返回)

设计代码如下(注意复用代码):

2.1 前置 ++ 或 – 运算符重载实现

  • 前置 ++ ,即先 +1 再返回!
  • 前置 -- ,即先 -1 再返回!
/* 前置 ++ */
Date& Date::operator++()
{
    
    
	return *(this + 1);
}

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

2.2 后置 ++ 或 – 运算符重载实现

  • 后置 ++ ,即先返回,再运算!(借助:临时对象)
  • 后置 -- ,即先返回,再运算!(借助:临时对象)
/* 后置 ++ */
Date& Date::operator++(int)
{
    
    
	Date ret(*this);
	*this += 1;
	return ret;
}

/* 后置 -- */
Date& Date::operator--(int)
{
    
    
	Date ret(*this);
	*this += 1;
	return ret;
}

2.3 测试结果图例

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