C++學習28 重載>>和<<（輸入輸出運算符）

在C++中，系統已經對左移運算符“<<”和右移運算符“>>”分別進行了重載，使其能夠用於輸入輸出，但是輸入輸出的處理對象只能是系統內建的數據類型。系統重載這兩個運算符是以系統類成員函數的形式進行的，因此cout<< var語句可以理解為：

cout.operator<<( var )

如果我們自己定義了一種新的數據類型，需要用輸入輸出運算符去處理，那么就要重載。本節以前面的 complex 類為例說明輸入輸出運算符的重載。

重載輸入運算符>>

下面我們用全局函數的形式重載輸入運算符，使它能夠讀入兩個 double 類型的數據，並轉換為一個復數，保存到復數對象中：

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

istream 是輸入流，cin 就是 istream 類的對象，后續會講解。因為重載運算符函數需要用到 complex 類的 private 成員變量，為了方便，我們將這個函數聲明為 complex 類的友元函數。聲明形式如下：

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

該函數可以按照如下方式使用：

complex c;
cin>> c;

當輸入1.45 2.34↙后，這兩個小數就分別成為 complex 對象 c 的實部和虛部了。cin>> c;這一語句其實可以理解為：

operator<<(cin , c);

在重載輸入運算符時，采用引用的方式進行參數傳遞：輸入的參數里面包含一個 istream 類的引用，返回值仍然為該引用。這樣做的一個明顯好處就是可以采用鏈式輸入（也就是連續輸入），如下所示：

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

重載輸出運算符<<

同樣的，我們也可以模仿上面的方式對輸出運算符進行重載，讓它能夠輸出復數。函數在類內部的聲明如下：

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

全局函數的實現如下：

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

與 istream 相反，ostream 表示輸出流，cout 就是 ostream 類的對象。為了能夠直接訪問 complex 類的私有成員變量，同樣需要將這個函數聲明為 complex 類的友元函數。由於采用了引用的方式進行參數傳遞，該輸出運算符重載函數可以實現鏈式輸出。

結合輸入輸出運算符的重載，重新實現 complex 類：

#include <iostream>
using namespace std;
class complex{
private:
    double real;  //復數的實部
    double imag;  //復數的虛部
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);
};
//重載加法運算符
complex operator+(const complex & A, const complex &B){
    complex C;
    C.real = A.real + B.real;
    C.imag = A.imag + B.imag;
    return C;
}
//重載減法運算符
complex operator-(const complex & A, const complex &B){
    complex C;
    C.real = A.real - B.real;
    C.imag = A.imag - B.imag;
    return C;
}
//重載乘法運算符
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;
}
//重載除法運算符
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;
}
//重載輸入運算符
istream & operator>>(istream & in, complex & A){
    in >> A.real >> A.imag;
    return in;
}
//重載輸出運算符
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，我們均采用全局函數的形式進行運算符重載，這樣在輸入輸出時方便了不少。