类和对象（中）（类的默认成员函数）+日期类实现

1.类的默认成员函数

默认成员函数就是用户没有显示实现，编译器会自动生成的成语函数称为默认成员函数。一个类，我们不写的情况下编译器会默认生成6个默认成员函数。C++11后还增加了两个默认成员函数，移动构造和移动赋值（这一节暂时不讲）。默认成员函数很重要，也比较复杂，我们要从两个方面去学习：

我们不写时，编译器默认生成的函数行为是什么，是否满足我们的需求。
编译器默认生成的函数不满足我们的需求，我们需要自己实现，那么如何自己实现？

2.构造函数

构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，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。构造函数的本质时替代我们之前Stack和Date类中写的Init函数的功能，构造函数自动调用的特点就完美的替代了Init。

构造函数的特点：

函数名和类名相同。
无返回值（返回值什么都不需要给，也不需要写void，C++规定如此）
对象实例化时系统会自动调用对应的构造函数。
构造函数可以重载。
如果类种没有显示定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，一旦用户显示定义编译器将不再生成。
无参构造函数，全缺省构造函数，我们不写构造时编译器默认生成的构造函数，都叫做默认构造函数。但是这三个函数有且只有一个存在，不能同时存在。无参构造函数和全缺省构造函数虽然构成函数重载但是调用时会存在歧义。总结一下就是不传实参就可以调用的构造函数就叫默认构造。
我们不写，编译器默认生成的构造，对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。对于自定义类型成员变量，要求调用这个成员变量的默认构造函数初始化。如果这个成员变量，没有默认构造函数，那么就会报错，我们要初始化这个成员变量，需要用初始化列表才能解决。（下个章节再讲）。

说明：C++把类型分为内置类型（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的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 = 1;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}*/

	//全缺省构造函数
	/*Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}*/
	//带参构造函数
	/*Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}*/

	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}

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

int main()
{
	Date d1;//调用默认构造函数或无参构造函数，调用默认构造函数时Print()打印出来是随机值。
	d1.Print();

	//注意：如果通过无参构造函数创建对象时，对象后面不用再跟括号，否则编译器无法区分
	//这里时函数声明还是实例化对象。
	//Date d3();
	//d3.Print();

	//Date d2(2024, 8, 4);//调用带参的构造函数
	//d2.Print();


	return 0;
}

调用全缺省构造函数时：

调用无参构造函数时：

调用带参构造函数时

不写构造时编译器默认生成的构造函数

#include<iostream>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
    //Stack(int n)//此时不是默认构造函数，会报错
	Stack(int n = 4)
	{
		_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
		if (nullptr == _a)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		_capacity = n;
		_top = 0;
	}
private:
	STDataType* _a;
	size_t _capacity;
	size_t _top;
};

class MyQueue
{
public:
	//编译器默认生成MyQueue的构造函数调用Stack的构造，完成了两个成员的初始化
private:
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

int main()
{
	Stack st;

	MyQueue mq;
	return 0;
}

3.析构函数

析构函数与构造函数功能相反，析构函数不是完成对对象本身的销毁，比如局部对象是存在栈帧的，函数结束栈帧销毁，他就释放了，C++规定对象再销毁时会自动调用析构函数，完成对象中资源的清理释放工作。析构函数的功能类比我们之前Stack实现的Destory功能，而像Date没有Destory，其实就是没有资源需要释放，所以严格来说Date是不需要析构函数的。

析构函数的特点：

析构函数名是在类名前加上字符 ~
无参数无返回值（与构造类似，也不需要加void）。
一个类只能有一个析构函数。若未显示定义，系统会自动生成默认的析构函数。
对象生命周期结束时，系统会自动调用析构函数。
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，自定义成员会调用他的析构函数。
我们显示的写析构函数，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下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可以用，也就不需要显示写析构，如：MyQueue；但是有资源申请时一定要自己写析构，否则会造成资源泄漏，如Stack。
一个局部域的多个对象，C++规定后定义的先析构。

#include<iostream>
using namespace std;

typedef int STDatatype;
class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_a = (STDatatype*)malloc(sizeof(STDatatype) * n);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		_capacity = n;
		_top = 0;
	}

	~Stack()
	{
		cout << "~Stack" << endl;

		free(_a);
		_a = nullptr;
		_capacity = _top = 0;;
	}

private:
	STDatatype* _a;
	size_t _capacity;
	size_t _top;
};

class MyQueue
{
public:
	//编译器默认生成MyQueue的析构函数调用Stack的析构，释放的Stack内部的资源

private:
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

int main()
{
	Stack st;

	MyQueue mq;

	return 0;
}

4.拷贝构造函数

如果一个构造函数的第一个参数是自身类类型的引用，且任何额外的参数都有默认值。则此构造函数也叫做拷贝构造函数，也就是说拷贝构造是一个特殊的构造函数。

拷贝构造的特点：

拷贝构造函数是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，使用传值方式编译器直接报错，因为语法逻辑上会引发无穷递归调用。

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。
若未显示定义拷贝构造，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。这里还有一个小技巧，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，那么使用引用返回是有问题的，这时的引用相当于一个野引用，类似野指针一样。引用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。

函数传值传参调用拷贝构造

#include<iostream>
using namespace std;

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

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

	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}

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

void Func1(Date d)
{
	d.Print();
}

int main()
{
	Date d1(2024, 8, 7);
	d1.Print();

	Func1(d1);//函数传值传参调用拷贝构造。
	//Date d2(d1);
	Date d2 = d1;
	d2.Print();

	return 0;
}

typedef int STDataType;

class Stack
{
public:
	Stack(int n = 4)
	{
		_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}
		_capacity = n;
		_top = 0;
	}
	Stack(const Stack& st)
	{
		_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			return;
		}

		memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._capacity);
		_top = st._top;
		_capacity = st._capacity;
	}

	void Push(STDataType x)
	{
		if (_top == _capacity)
		{
			int newcapacity = _capacity * 2;
			STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity *
				sizeof(STDataType));
			if (tmp == NULL)
			{
				perror("realloc fail");
				return;
			}
			_a = tmp;
			_capacity = newcapacity;
		}
		_a[_top++] = x;
	}

	~Stack()
	{
		cout << "~Stack" << endl;

		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}

private:
	int* _a;
	size_t _capacity;
	size_t _top;
};

class MyQueue
{
public:
private:
	Stack pushst;
	Stack popst;
};

int main()
{
	Stack st1;
	st1.Push(1);
	st1.Push(2);
	Stack st2 = st1;//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。

	MyQueue mq1;
	//MyQueue的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
	//，只有Stack拷贝构造自己实现了深拷贝，就没问题。
	MyQueue mq2 = mq1;

	return 0;
}

5.赋值运算符重载

5.1运算符重载

当运算符被用于类类型对象时，C++语言允许我们通过运算符重载的形式定义新的含义。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。
重载运算符函数的参数个数和该运算符作用的运算对象一样多。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了第一个参数，右侧运算传给了第二个参数，
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 ?: . 注意以上五个运算符不能重载。
重载运算符至少要有一个类类型参数，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)。
一个类需要重载那些运算符，是看那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。
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。
重载<< 和 >> 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。

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	/*Date(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}*/
	bool operator ==(const Date& d1)
	{
		return _year == d1._year
			&& _month == d1._month
			&& _day == d1._day;
	}

	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}

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

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

int main()
{
	Date d1(2024, 8, 8);
	Date d2(2024, 8, 7);

	operator == (d1, d2);
	d1 == d2;

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

赋值运算符重载的特点：

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。赋值运算符重载的参数建议写成const当前类类型的引用，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的引用，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。
没有显示实现时，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，编译器自动生成的赋值运算符重载就可以完成需要的拷贝构造，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，所以需要我们字节实现深拷贝（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。这里还有一个小技巧，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，否则不需要。

#include<iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)//构造函数
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	Date(const Date& d)//拷贝构造函数
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}


	//void operator=(Date d)//传值传参先调用拷贝构造
	void operator=(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}

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

int main()
{
	Date d1(2024, 8, 14);
	Date d2;
	d2 = d1;

	return 0;
}

6.取地址运算符重载

6.1const成员函数

将const修饰的成员函数称为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 变为 const Date* const this。

#include<iostream>
using namespace std;

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

	void Print() const
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	//这里的const对象也可以调用const成员函数是一种权限的缩小
	Date d1(2024, 12, 3);
	d1.Print();

	const Date d2(2024, 12, 5);
	d2.Print();
	return 0;
}

6.2取地址运算符重载

取地址运算符重载可分为普通曲堤镇运算符重载和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使用了，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我们当前类对象的地址，可以自己实现一份，胡乱返回一个地址。

#include<iostream>
using namespace std;

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

	void print() const
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}

	date* operator&()
	{
		return this;
	}

	const date* operator&() const
	{
		return nullptr;
	}

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

int main()
{
	//这里的const对象也可以调用const成员函数是一种权限的缩小
	date d1(2024, 12, 3);
	d1.print();

	const date d2(2024, 12, 5);
	d2.print();

	cout << &d1 << endl;
	cout << &d2 << endl;
	return 0;
}

7.日期类的实现

Date. h

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

class Date
{
	friend ostream& operator<<(ostream& out,const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:
	Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1);
	void Print();
	bool CheckDate();

	int GetMonthDay(int year, int month)
	{
		assert(month < 13 && month > 0);
		static int MonthDayArr[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 MonthDayArr[month];
		}
	}

	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;

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

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

	Date operator++(int);//i++ 后置++

	Date operator++();//++i 

	int operator-(const Date& d) const;

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

ostream& operator<<(ostream& out,const Date& d);
istream& operator>>(istream& in, Date& d);

Date.cpp

#include"Date.h"

bool Date::CheckDate()
{
	if (_month < 13 && _month > 0 && _day > 0 && _day < GetMonthDay(_year, _month))
	{
		return true;
	}
	else
	{
		return false;
	}
}

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

	if (!CheckDate())
	{
		cout << "非法日期" <<endl;
		Print();
	}
}

void Date::Print()
{
	cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}

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)//月超过12年++，重置月数
		{
			_year++;
			_month = 1;
		}
	}
	return *this;//返回加等完的值
}

Date Date::operator+(int day)
{
	Date tmp = *this;
	tmp += day;
	return tmp;//返回加之前的值
}

Date& Date::operator-=(int day)
{
	if (day < 0)
	{
		return *this += (-day);
	}
	_day -= day;
	while (_day < 0)
	{
		_month--;
		if (_month == 0)
		{
			_year--;
			_month = 12;
		}
		_day += GetMonthDay(_year, _month);
	}
	return *this;
}

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

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;
}

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 || *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 !(*this == d);
}

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

Date Date::operator++()//++i
{
	*this += 1;
	return *this;
}

int Date::operator-(const Date& d) const
{
	Date max = *this;
	Date min = d;
	int flag = 1;
	int n = 0;
	if (max < min)
	{
		min = *this;
		max = d;
		flag = -1;
	}
	while (min != max)
	{
		++min;
		++n;
	}
	return n * flag;
}

ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日"<< endl;
	return out;
}

istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	while (1)
	{
		cout << "请输入日期：" << endl;
		in >> d._year >> d._month >> d._day;
		if (!d.CheckDate())
		{
			cout << "非法日期" << endl;
			d.Print();
			cout << "请重新输入" << endl;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
	return in;
}