cpp-calculator/rational.h

#pragma once

#include <cstdint>
#include <iostream>
#include <numeric>
#include <ostream>

class Rational
{
public:
    // Конструктор по умолчанию: 0/1
    Rational() = default;

    // Конструктор числителя
    Rational(int numerator)
        : numerator_{ numerator },
          denominator_{ 1 } {
        Reduction();
    }

    // Конструктор из числителя и знаменателя
    Rational(int numerator, int denominator)
        : numerator_{ numerator },
          denominator_{ denominator } {
        Reduction();
    }

    // Копирующий конструктор
    Rational(const Rational& other)
        : numerator_{other.numerator_},
          denominator_(other.denominator_) {
    }

    // Возвращает обратную дробь
    Rational Inv() const {
        return Rational(denominator_, numerator_);
    }

    // Получить числитель
    int GetNumerator() const {
        return numerator_;
    }

    // Получить знаменатель
    int GetDenominator() const {
        return denominator_;
    }

    // Перегрузка оператора присваивания
    Rational& operator=(const Rational&) = default;

    // Унарный плюс
    Rational operator+() const {
        return *this;
        return {numerator_, denominator_};

    }

    // Унарный минус
    Rational operator-() const {
        return Rational(-numerator_, denominator_);
    }

    // Сложение с присваиванием
    Rational& operator+=(const Rational& other) {
        numerator_ = numerator_ * other.denominator_ +
                     other.numerator_ * denominator_;
        denominator_ = denominator_ * other.denominator_;
        Reduction();
        return *this;
    }

    // Вычитание с присваиванием
    Rational& operator-=(const Rational& other) {
        numerator_ = numerator_ * other.denominator_ -
                     other.numerator_ * denominator_;
        denominator_ = denominator_ * other.denominator_;
        Reduction();
        return *this;
    }

    // Умножение с присваиванием
    Rational& operator*=(const Rational& other) {
        numerator_ = numerator_ * other.numerator_;
        denominator_ = denominator_ * other.denominator_;
        Reduction();
        return *this;
    }

    // Деление с присваиванием
    Rational& operator/=(const Rational& other) {
        numerator_ *= other.denominator_;
        denominator_ *= other.numerator_;
        Reduction();
        return *this;
    }

    // Сложение
    Rational operator+(const Rational& other) const {
        Rational result(*this);
        result += other;
        return result;
    }

    // Вычитание
    Rational operator-(const Rational& other) const {
        Rational result(*this);
        result -= other;
        return result;
    }

    // Умножение
    Rational operator*(const Rational& other) const {
        Rational result(*this);
        result *= other;
        return result;
    }

    // Деление
    Rational operator/(const Rational& other) const {
        Rational result(*this);
        result /= other;
        return result;
    }

    // Проверка равенства дробей
    bool operator==(const Rational& other) const {
        return static_cast<std::int64_t>(numerator_) * other.denominator_ ==
               static_cast<std::int64_t>(other.numerator_) * denominator_;
    }

    // Трехстороннее сравнение
    auto operator<=>(const Rational& other) const {
        return static_cast<std::int64_t>(numerator_) * other.denominator_ <=>
               static_cast<std::int64_t>(other.numerator_) * denominator_;
    }

    // Вывод дроби в поток
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Rational& r) {
        if (r.denominator_ == 1) {
            os << r.numerator_;
        } else {
            os << r.numerator_ << " / " << r.denominator_;
        }
        return os;
    }

    // Чтение дроби из потока
    friend std::istream& operator>>(std::istream& is, Rational& r) {
        int n;
        int d;
        char div;

        is >> n;
        if (!(is >> std::ws >> div)) {
            r = Rational(n, 1);
            return is;
        }

        if (div != '/') {
            is.unget();
            r = Rational(n, 1);
            return is;
        }

        is >> d;
        if (!is || d == 0) {
            is.setstate(std::ios::failbit);
            r = Rational(n, 1);
        } else {
            r = Rational(n, d);
        }
        return is;
    }

private:
    int numerator_ = 0;
    int denominator_ = 1;

    // Нормализация дроби
    void Reduction() {
        if (numerator_ == 0) {
            denominator_ = 1;
            return;
        }
        if (denominator_ < 0) {
            numerator_ = -numerator_;
            denominator_ = -denominator_;
        }
        const int divisor = std::gcd(numerator_, denominator_);
        numerator_ /= divisor;
        denominator_ /= divisor;
    }
};