C++输入输出操作符重载

1. 输入输出操作符简介

C++中输入操作符是>>，输出操作符是<<，又叫做流对象的“插入操作符”和“提取操作符“。其实这两个操作符最初是在C语言中用于整数的移位运算，到了C++中才利用操作符重载的技术将它们应用于输入、输出操作。

2.重载的原因

应用于基本类型的输入、输出操作都已经在C++标准库中定义好，没有必要重新定义，也不允许重新定义。而对于用户自定义类来说，如果想利用输入、输出操作符进行本类对象的输入、输出操作，就需要对<<和>>操作符进行重载。

3.重载的形式

对输出操作<<进行重载，只能采用友元函数的形式进行，而不能将operator<<()申明为ostream类的成员函数。这是因为ostream是在C++标准中定义的类，不允许用户随便修改。所以，要将类someClass的对象输出到标准输出对象，只能采用将operator<<()重载为全局函数，申明为someClass类的友元的形式进行。而且，这时的输出操作符函数原型下述五种形式之一：

ostream& operator<<(ostream&,const someClass&);
或者
ostream& operator<<(ostream&,const someClass*);

ostream& operator<<(ostream&, someClass&);
或者
ostream& operator<<(ostream&, someClass*);

ostream& operator<<(ostream&, someClass);

其一，第一种形式最好，也是最常用的。这种函数重载，既安全又高效。

对于输入操作符>>进行重载，也是能采用友元函数的形式进行，而不能讲operator>>()申明为istream类的成员函数。这是因为istream也是C++标准库的类，也不能被用户随意修改。所以，要从标准输入对象将数据读入类someClass的对象中，只能采用operator>>()重载为全局函数，且申明为someClass类的友元的形式。输入操作符函数原型一定是：

istream& ostream>>(istream&,someClass&);
或者
istream& ostream>>(istream&,someClass*);

4.重载的示例

下面是输入和、输出操作符的例子。

#include <iostream>
using namespace std;

class Complex{
    double real;
    double image;
public:
    Complex(double r=0.0,double i=0.0){
        real=r;
        image=i;
    }
    friend ostream& operator<<(ostream&,const Complex&);
    friend istream& operator>>(istream&,Complex&);
};

ostream& operator<<(ostream& o,const Complex& c){
    o<<c.real<<"+"<<c.image<<"i";
    return o;
}

istream& operator>>(istream& i,Complex& c){
    bool success=false;
    char ch;
    while(!success){
        cout<<"please input a complex:"<<endl;
        i>>c.real;
        i>>ch;
        if(ch!='+'){
            //cin.clear(); //清除错误标志
            //cin.ignore(numeric_limits<std::streamsize>::max(),'\n'); //清除缓冲区的当前行
            continue;
        }
        i>>c.image;
        i>>ch;
        if(ch!='i'){
            //cin.clear(); //清除错误标志
            //cin.ignore(numeric_limits<std::streamsize>::max(),'\n'); //清除缓冲区的当前行
            continue;
        }
        else 
            success=true;
    }
    return i;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    Complex c;
    cin>>c;
    cout<<c;
    return 0;
}

从键盘键入3.4+5.6i然后回车，程序的运行结果是：
please input a complex:
3.4+5.6i
3.4+5.6i

阅读以上程序，要注意以下几点。
（1）对于输入输出操作符进行重载，只能采用友元函数的形式，而不能采用成员函数的形式，原因前面已经讲述。

（2）如果将输入操作符函数申明为：
ostream operator<<(ostream,const Complex&);
或者将输入操作符申明为：
istream operator>>(istream,Complex&);
都会产生编译错误。原因是istream类和ostream类的拷贝构造函数被申明为私有（private）成员，这样实际上就阻止了istream类型和ostream类型的参数的传值行为，也就阻止了他们成为函数的返回值。

（3）格式化的输出操作比较容易实现，因为输出的内容已经准备好，如何输出完全由程员来安排。而格式化的输入操作要复杂一些，因为输入的内容事先是不知道的，用户在输入数据的过程中可能会存在违反约定的行为。所以，在格式化输入函数中通常还要加入一些容错的处理。

在上面的程序中，对用户输入的内容的错误性判断还不是特别完善，有兴趣的读者可以自行改进或将程序中continue语句前的两行注释取消，可提高输入的容错性。关于cin的详细用法见我的另一篇blog cin的详细用法。

参考文献

[1]陈刚.C++高级进阶教程[M].武汉：武汉大学出版社，2008[4.7(P320-P322)]