C++ 流插入"<<"和流提取">>"运算符的重载

01 流插入<<运算符的重载

c++ 在输出内容时，最常用的方式：

std::cout << 1 <<"hello";

问题：

• 那这条语句为什么能成立呢？
• cout 是什么？"<<" 运算符能用在 cout 上呢？

原因：

• 实际上，cout 是在 iostream 头文件中定义的 ostream 类的对象。
• "<<" 能够用在 cout 上是因为，在 ostream 类对 "<<" 进行了重载。

对于std::cout << 1 <<"hello";这条语句，有可能按以下的方式重载成 ostream 类的成员函数：

ostream & ostream::operator<<(int n)
{
    .... // 输出n整型的代码
    return *this;
}

ostream & ostream::operator<<(const char * s)
{
    .... // 输出s字符串的代码
    return *this;
}

• std::cout << 1;语句，等价于cout.operator<<(1);
• std::cout << "hello";语句，等价于cout.operator<<("hello");
• std::cout << 1 <<"hello";语句，等价于( cout.operator<<(1) ).operator<<("hello");

02 流插入<<运算符重载的例子

假定我们要想把某个对象里的内容进行打印输出，那么我们可以重载 ostream 类的流插入 << 运算符。

下面以 cstudent 类作为例子：

class cstudent // 学生类
{
public:
    // 构造函数
    cstudent(int id = 0, int age = 0, string name = ""):m_id(id), m_age(age), m_name(name) { }
    
    // 将该函数声明成友元函数
    // 目的是使得函数可以访问cstudent类的私有成员变量
    friend ostream & operator<<(ostream & o, const cstudent & s);
    
private:
    int m_age;      // 年龄
    int m_id;       // id号
    string m_name;  // 名字
};

// 重载ostream对象的流插入<<运算符函数
// 目的是使得能打印输出cstudent对象的信息
ostream & operator<<(ostream & o, const cstudent & s)
{
    o << s.m_id << "," << s.m_age << "," << s.m_name;
    return o;
}

int main()
{
    cstudent stu(1, 20, "小林coding");
    std::cout << stu ; // 输出std对象的全部信息
    
    return 0;
}

输出结果：

1,20,小林coding

需要注意是 ostream & operator<<(ostream & o, const cstudent & s) 函数是全局的，所以函数的第一个参数必须要传入 ostream 的对象，并且 cstudent 类需要将此函数声明成友元函数，使得函数可以访问 cstudent 类的私有成员变量。

03 流提取>>运算符重载的例子

还是以 cstudent 类作为例子，假设想通过键盘的输入的内容，来初始化对象，则我们可以重载 istream 类的流提取 >> 运算符。

class cstudent // 学生类
{
public:

    // 构造函数
    cstudent(int id = 0, int age = 0, string name = ""):m_id(id), m_age(age), m_name(name) { }
    
    // 将该函数声明成友元函数
    // 目的是使得函数可以访问cstudent类的私有成员变量
    friend ostream & operator<<(ostream & o, const cstudent & s);
    
    // 将该函数声明成友元函数
    // 目的是使得函数可以给cstudent类的私有成员变量进行赋值
    friend istream & operator>>(istream & is,  cstudent & s);
    
private:
    int m_age;      // 年龄
    int m_id;       // id号
    string m_name;  // 名字
};

// 重载ostream对象的流插入<<运算符函数
// 目的是使得能打印输出cstudent对象的信息
ostream & operator<<(ostream & o, const cstudent & s)
{
    o << s.m_id << "," << s.m_age << "," << s.m_name;
    return o;
}

// 重载istream对象的流提取>>运算符函数
// 目的是使得初始化cstudent对象的内容
istream & operator>>(istream & is,  cstudent & stu)
{
    string inputstr;
    is >> inputstr;
    
    int pos = inputstr.find(",", 0);         // 查找首次出现逗号的位置
    string tmpstr = inputstr.substr(0, pos); // 截取从0到pos位置的字符串
    stu.id = atoi(tmpstr.c_str());           // atoi可以将char*类型的内容转成int类型
    
    int pos2 = inputstr.find(",", pos + 1);            // 查找第二次出现逗号的位置
    tmpstr = inputstr.substr(pos + 1, pos2 - pos -1);  // 取出age的值
    stu.age = atoi(tmpstr.c_str());                    // atoi可以将char*类型的内容转成int类型
    
    tmpstr = inputstr.substr(pos2 + 1, inputstr.length() - pos2 - 1); // 取出name的值
    stu.name = tmpstr;
    
    return is;
}

int main()
{
    cstudent stu;
    
    // 将输入的信息，初始化stu对象
    cin << stu;
    
    // 输出std对象的信息
    cout >> stu;
    
    return 0;
}

输入内容和输出内容：

// 输入内容：
1,20,小林coding

// 输出内容：
1,20,小林coding

04 小结

要想流插入 << 运算符和流提取 >> 运算符能针对自定义的对象，那么我们就需要重载针对该对象的 ostream 类的 << 运算符 和 istream 的 >> 运算符，并且只能重载成全局的函数，然后在 cstudent 类里需要把上面的两个重载函数声明成友元函数，使得两个重载的函数可以访问和赋值 cstudent 类里的私有成员函数。