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C++重载<<和>>(C++重载输出运算符和输入运算符)

C++ 中,左移运算符<<可以和 cout 一起用于输出,因此也常被称为“流插入运算符”或者“输出运算符”。实际上,<<本来没有这样的功能,之所以能和 cout 一起使用,是因为被重载了。

cout 是 ostream 类的对象。ostream 类和 cout 都是在头文件 <iostream> 中声明的。ostream 类将<<重载为成员函数,而且重载了多次。为了使cout<<"Star War"能够成立,ostream 类需要将<<进行如下重载:
ostream & ostream::operator << (const char* s)
{
    //输出s的代码
    return * this;
}
为了使cout<<5;能够成立,ostream 类还需要将<<进行如下重载:
ostream & ostream::operator << (int n)
{
    //输出n的代码
    return *this;
}
重载函数的返回值类型为 ostream 的引用,并且函数返回 *this,就使得cout<<"Star War"<<5能够成立。有了上面的重载,cout<<"Star War"<<5;就等价于:

( cout.operator<<("Star War") ).operator<<(5);

重载函数返回 *this,使得cout<<"Star War"这个表达式的值依然是 cout(说得更准确一点就是 cout 的引用,等价于 cout),所以能够和<<5继续进行运算。

cin 是 istream 类的对象,是在头文件 <iostream> 中声明的。istream 类将>>重载为成员函数,因此 cin 才能和>>连用以输入数据。一般也将>>称为“流提取运算符”或者“输入运算符”。

例题:假定 c 是 Complex 复数类的对象,现在希望写cout<<c;就能以 a+bi 的形式输出 c 的值;写cin>>c;就能从键盘接受 a+bi 形式的输入,并且使得 c.real = a, c.imag = b。

显然,要对<<>>进行重载,程序如下:
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdlib>
using namespace std;
class Complex
{
    double real,imag;   
public:
    Complex( double r=0, double i=0):real(r),imag(i){ };
    friend ostream & operator<<( ostream & os,const Complex & c);
    friend istream & operator>>( istream & is,Complex & c);
};
ostream & operator<<( ostream & os,const Complex & c)
{
    os << c.real << "+" << c.imag << "i"; //以"a+bi"的形式输出
    return os;
}
istream & operator>>( istream & is,Complex & c)
{
    string s;
    is >> s;  //将"a+bi"作为字符串读入, "a+bi" 中间不能有空格
    int pos = s.find("+",0);
    string sTmp = s.substr(0,pos); //分离出代表实部的字符串
    c.real = atof(sTmp.c_str());//atof库函数能将const char*指针指向的内容转换成 float
    sTmp = s.substr(pos+1, s.length()-pos-2);   //分离出代表虚部的字符串
    c.imag = atof(sTmp.c_str());
    return is;
}
int main()
{
    Complex c;
    int n;
    cin >> c >> n;
    cout << c << "," << n;
    return 0;
}
程序的运行结果:
13.2+133i 87
13.2+133i,87

因为没有办法修改 ostream 类和 istream 类,所以只能将<<>>重载为全局函数的形式。由于这两个函数需要访问 Complex 类的私有成员,因此在 Complex 类定义中将它们声明为友元。

cout<<c会被解释成operator<<(cout, c),因此编写 operator<< 函数时,它的两个参数就不难确定了。

第 13 行,参数 os 只能是 ostream 的引用,而不能是 ostream 对象,因为 ostream 的复制构造函数是私有的,没有办法生成 ostream 参数对象。operator<< 函数的返回值类型设为 ostream &,并且返回 os,就能够实现<<的连续使用,如cout<<c<<5。在本程序中,执行第 34 行的cout<<c进入 operator<< 后,os 引用的就是 cout,因此第 34 行就能产生输出。

用 cin 读入复数时,对应的输入必须是 a+bi 的格式,而且中间不能有空格,如输入 13.2+33.4i。第 21 行的is>>s;读入一个字符串。假定输入的格式没有错误,那么被读入 s  的就是 a+bi 格式的字符串。

读入后需要将字符串中的实部 a 和虚部 b 分离出来,分离的办法就是找出被+隔开的两个子串,然后将两个字符串转换成浮点数。第 24 行调用了标准库函数 atof 来将字符串转换为浮点数。该函数的原型是float atof(const char *),它在 <cstdlib> 头文件中声明。

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