C++ 流插入和流提取運算符的重載

01 流插入<<運算符的重載

C++ 在輸出內容時，最常用的方式：

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

問題：

• 那這條語句爲什麼能成立呢？
• cout 是什麼？"<<" 運算符能用在 cout 上呢？

原因：

• 實際上，cout 是在 iostream 頭文件中定義的 ostream 類的對象。
• “<<” 能夠用在 cout 上是因爲，在 ostream 類對 “<<” 進行了重載。

對於std::cout << 1 <<"hello";這條語句，有可能按以下的方式重載成 ostream 類的成員函數：

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

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

• std::cout << 1;語句，等價於cout.operator<<(1);
• std::cout << "hello";語句，等價於cout.operator<<("hello");
• std::cout << 1 <<"hello";語句，等價於( cout.operator<<(1) ).operator<<("hello");

02 流插入<<運算符重載的例子

假定我們要想把某個對象裏的內容進行打印輸出，那麼我們可以重載 ostream 類的流插入 << 運算符。

下面以 CStudent 類作爲例子：

class CStudent // 學生類
{
public:
    // 構造函數
    CStudent(int id = 0, int age = 0, string name = ""):m_id(id), m_age(age), m_name(name) { }
    
    // 將該函數聲明成友元函數
    // 目的是使得函數可以訪問CStudent類的私有成員變量
    friend ostream & operator<<(ostream & o, const CStudent & s);
    
private:
    int m_age;      // 年齡
    int m_id;       // ID號
    string m_name;  // 名字
};

// 重載ostream對象的流插入<<運算符函數
// 目的是使得能打印輸出CStudent對象的信息
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 ; // 輸出std對象的全部信息
    
	return 0;
}

輸出結果：

1,20,小林coding

需要注意是 ostream & operator<<(ostream & o, const CStudent & s) 函數是全局的，所以函數的第一個參數必須要傳入 ostream 的對象，並且 CStudent 類需要將此函數聲明成友元函數，使得函數可以訪問 CStudent 類的私有成員變量。

03 流提取>>運算符重載的例子

還是以 CStudent 類作爲例子，假設想通過鍵盤的輸入的內容，來初始化對象，則我們可以重載 istream 類的流提取 >> 運算符。

class CStudent // 學生類
{
public:

    // 構造函數
    CStudent(int id = 0, int age = 0, string name = ""):m_id(id), m_age(age), m_name(name) { }
    
    // 將該函數聲明成友元函數
    // 目的是使得函數可以訪問CStudent類的私有成員變量
    friend ostream & operator<<(ostream & o, const CStudent & s);
    
    // 將該函數聲明成友元函數
    // 目的是使得函數可以給CStudent類的私有成員變量進行賦值
    friend istream & operator>>(istream & is,  CStudent & s);
    
private:
    int m_age;      // 年齡
    int m_id;       // ID號
    string m_name;  // 名字
};

// 重載ostream對象的流插入<<運算符函數
// 目的是使得能打印輸出CStudent對象的信息
ostream & operator<<(ostream & o, const CStudent & s)
{
    o << s.m_id << "," << s.m_age << "," << s.m_name;
    return o;
}

// 重載istream對象的流提取>>運算符函數
// 目的是使得初始化CStudent對象的內容
istream & operator>>(istream & is,  CStudent & stu)
{
    string inputStr;
    is >> inputStr;
    
    int pos = inputStr.find(",", 0);         // 查找首次出現逗號的位置
    string tmpStr = inputStr.substr(0, pos); // 截取從0到pos位置的字符串
    stu.id = atoi(tmpStr.c_str());           // atoi可以將char*類型的內容轉成int類型
    
    int pos2 = inputStr.find(",", pos + 1);            // 查找第二次出現逗號的位置
    tmpStr = inputStr.substr(pos + 1, pos2 - pos -1);  // 取出age的值
    stu.age = atoi(tmpStr.c_str());                    // atoi可以將char*類型的內容轉成int類型
    
    tmpStr = inputStr.substr(pos2 + 1, inputStr.length() - pos2 - 1); // 取出name的值
    stu.name = tmpStr;
    
    return is;
}

int main()
{
    CStudent stu;
    
    // 將輸入的信息，初始化stu對象
    cin << stu;
    
    // 輸出std對象的信息
    cout >> stu;
    
    return 0;
}

輸入內容和輸出內容：

// 輸入內容：
1,20,小林coding

// 輸出內容：
1,20,小林coding

04 小結

要想流插入 << 運算符和流提取 >> 運算符能針對自定義的對象，那麼我們就需要重載針對該對象的 ostream 類的 << 運算符 和 istream 的 >> 運算符，並且只能重載成全局的函數，然後在 CStudent 類裏需要把上面的兩個重載函數聲明成友元函數，使得兩個重載的函數可以訪問和賦值 CStudent 類裏的私有成員函數。