解读C++重载ostream与istream

C++中，我们可以重载输入输出流操作符<<与>>来自定义其输入输出功能。

class Foo
{
public:
    Foo() :high(0), wide(0){}
    Foo(int a, int b) :high(a), wide(b){}

    Foo & operator++();//前置
    const Foo operator++(int);//后置调用前置

    friend const ostream& operator<< (const ostream&,const Foo&);
    //这样写 流对象之前加const常量限制符，会报错
private:
    int high;
    int wide;
};

const ostream& operator<< (const ostream& os, const Foo& foo)
{
    os << foo.high << " " << foo.wide;
    return os;
}

上面的写法 在流对象之前使用 const ，编译器会报错，报错提示如下：

错误提示原因是 输入流对象 没有匹配的 常量类型 输出。说白了就是 输出流操作 不能在输出 一个数据流而其本身没有任何变化。（如果理解不了这句话，可以先跳过，往后继续看，相信看完之后再来看这句话，就能理解了）

下面来试试去掉const常量修饰符之后的结果：

class Foo
{
public:
    Foo() :high(0), wide(0){}
    Foo(int a, int b) :high(a), wide(b){}

    Foo & operator++();//前置
    const Foo operator++(int);//后置调用前置

    friend ostream& operator<< (ostream&,const Foo&);
    //这是去掉const常量修饰符，正确的做法

private:
    int high;
    int wide;
};

ostream& operator<< (ostream& os, const Foo& foo)
{
    os << foo.high << " " << foo.wide;
    return os;
}

编译通过，没有报错。

为什么加上const 修饰符之后，就是错误的呢？const 是用来修饰不会改变的 对象或变量状态的常量修饰符。而此处不能在重载的流对象之前加 const 说明 Foo类的友元函数 输出流对象 之后改变了流对象本身的状态。

C++ primer 对此的描述是“读写IO对象会改变其状态，返回的引用不能是const“。

那么一个流对象，使用之后，其状态为什么被改变了呢？

我们先来想一下我们处理一个文本文件的场景：先打开一个文本文件，获得其句柄，通过该句柄可以对其读写操作（注意此处的读写操作，很像我们的流操作。其实C++的文件操作，标准化就是通过重载<<与>>进行流读写的）。文件读写通过两个文件指针，一个读指针，一个写指针，每次进行读或写操作，读写指针就会自动往后移动。注意这里，读写指针自动移动。这里就已经改变了文件的流对象 的状态。

同理，我们的屏幕输出流对象和键盘输入流对象，也有这么类似的一对自动移动的读写指针，每次进行流操作时，例如在屏幕打印一个字符，屏幕输出流对象的位置指针就会向后移动一个单位。这里就改变了流对象的状态。

下面引用一位网友对此形象的描述：河里的水流虽然看起来没有变化，但是有水流过，肯定有东西发生了变化（河床发生了侵蚀，沙子发生了沉积）。