C++学习28 重载>>和<<（输入输出运算符）

在C++中，系统已经对左移运算符“<<”和右移运算符“>>”分别进行了重载，使其能够用于输入输出，但是输入输出的处理对象只能是系统内建的数据类型。系统重载这两个运算符是以系统类成员函数的形式进行的，因此cout<< var语句可以理解为：

cout.operator<<( var )

如果我们自己定义了一种新的数据类型，需要用输入输出运算符去处理，那么就要重载。本节以前面的 complex 类为例说明输入输出运算符的重载。

重载输入运算符>>

下面我们用全局函数的形式重载输入运算符，使它能够读入两个 double 类型的数据，并转换为一个复数，保存到复数对象中：

istream & operator>>(istream & in, complex & A){
    in >> A.real >> A.imag;
    return in;
}

istream 是输入流，cin 就是 istream 类的对象，后续会讲解。因为重载运算符函数需要用到 complex 类的 private 成员变量，为了方便，我们将这个函数声明为 complex 类的友元函数。声明形式如下：

friend istream & operator>>(istream & in , complex & a);

该函数可以按照如下方式使用：

complex c;
cin>> c;

当输入1.45 2.34↙后，这两个小数就分别成为 complex 对象 c 的实部和虚部了。cin>> c;这一语句其实可以理解为：

operator<<(cin , c);

在重载输入运算符时，采用引用的方式进行参数传递：输入的参数里面包含一个 istream 类的引用，返回值仍然为该引用。这样做的一个明显好处就是可以采用链式输入（也就是连续输入），如下所示：

complex c1, c2, c3;
cin>> c1 >> c2 >> c3;

重载输出运算符<<

同样的，我们也可以模仿上面的方式对输出运算符进行重载，让它能够输出复数。函数在类内部的声明如下：

rriend ostream &(ostream & out, complex & A);

全局函数的实现如下：

ostream & operator<<(ostream & out, complex & A){
    out << A.real <<" + "<< A.imag <<" i ";
    return out;
}

与 istream 相反，ostream 表示输出流，cout 就是 ostream 类的对象。为了能够直接访问 complex 类的私有成员变量，同样需要将这个函数声明为 complex 类的友元函数。由于采用了引用的方式进行参数传递，该输出运算符重载函数可以实现链式输出。

结合输入输出运算符的重载，重新实现 complex 类：

#include <iostream>
using namespace std;
class complex{
private:
    double real;  //复数的实部
    double imag;  //复数的虚部
public:
    complex(): real(0.0), imag(0.0){ };
    complex(double a, double b): real(a), imag(b){ };
    friend complex operator+(const complex & A, const complex & B);
    friend complex operator-(const complex & A, const complex & B);
    friend complex operator*(const complex & A, const complex & B);
    friend complex operator/(const complex & A, const complex & B);
    friend istream & operator>>(istream & in, complex & A);
    friend ostream & operator<<(ostream & out, complex & A);
};
//重载加法运算符
complex operator+(const complex & A, const complex &B){
    complex C;
    C.real = A.real + B.real;
    C.imag = A.imag + B.imag;
    return C;
}
//重载减法运算符
complex operator-(const complex & A, const complex &B){
    complex C;
    C.real = A.real - B.real;
    C.imag = A.imag - B.imag;
    return C;
}
//重载乘法运算符
complex operator*(const complex & A, const complex &B){
    complex C;
    C.real = A.real * B.real - A.imag * B.imag;
    C.imag = A.imag * B.real + A.real * B.imag;
    return C;
}
//重载除法运算符
complex operator/(const complex & A, const complex & B){
    complex C;
    double square = A.real * A.real + A.imag * A.imag;
    C.real = (A.real * B.real + A.imag * B.imag)/square;
    C.imag = (A.imag * B.real - A.real * B.imag)/square;
    return C;
}
//重载输入运算符
istream & operator>>(istream & in, complex & A){
    in >> A.real >> A.imag;
    return in;
}
//重载输出运算符
ostream & operator<<(ostream & out, complex & A){
    out << A.real <<" + "<< A.imag <<" i ";;
    return out;
}
int main(){
    complex c1, c2, c3;
    cin>>c1>>c2;
  
    c3 = c1 + c2;
    cout<<"c1 + c2 = "<<c3<<endl;
    c3 = c1 - c2;
    cout<<"c1 - c2 = "<<c3<<endl;
    c3 = c1 * c2;
    cout<<"c1 * c2 = "<<c3<<endl;
    c3 = c1 / c2;
    cout<<"c1 / c2 = "<<c3<<endl;
    return 0;
}

在本例中，我们均采用全局函数的形式进行运算符重载，这样在输入输出时方便了不少。