C++重载>>和<<（重载输入和输出运算符）

默认情况下，借助 cin 和 >> 运算符只能对 C++ 内置类型（例如 bool、int、double 等）的数据做输入操作，同样地，借助 cout 和 << 运算符只能输出 C++ 内置类型的数据。

为了让大多数运算符也适用于自定义的数据类型，C++ 允许开发者赋予运算符新的含义，这个过程就叫做运算符重载。

接下来，给读者讲解重载 << 和 >> 运算符的方法，它们在C++标准库中主要用于输出和输入操作。

重载<<输出运算符

当需要输出自定义类型的数据或者类对象时，可以对 << 输出运算符进行重载，语法格式如下：

ostream & operator<<(ostream& out, const 自定义类型 & obj){
    // 自定义输出格式
    // out << ...
    return out;
}

operator<<() 就是 << 输出运算符重载函数，它有两个参数：

• ostream &：不能用 const 修饰，因为写入到流会改变流的状态；此外，这个形参必须是引用形式，因为 ostream 类没有拷贝构造函数。
• const 自定义类型 &：要输出的对象，这里定义为引用是为了避免复制对象，由于一般的输出过程不会对类对象做修改，并且定义为 const 可以同时输出 const 对象和非 const 对象，一举二得。

因为要保证 cout 连续输出的特性（cout<<...<<...<<...），所以返回了一个 ostream 对象的引用。

重载>>输入运算符

输入运算符的重载与输出运算符类似，语法格式如下：

istream& operator>>(istream& in, 自定义类型 & obj){
    // 自定义输入格式
    // in>>...
    return in;
}

第一个形参是输入流的引用，第二个形参是要输入的对象，最后返回一个输入流的引用。

在输入的时候，因为要改变 obj 对象，所以不能像输出那样将它定义为 const 的引用。

实例演示

下面的实例通过一个 Person 类来演示重载 << 和 >> 的方法。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}

    // 重载<<运算符
    friend ostream& operator<<(ostream& os, const Person& p);

    // 重载>>运算符
    friend istream& operator>>(istream& is, Person& p);

private:
    string name;
    int age;
};

// 实现<<运算符重载
ostream& operator<<(ostream& os, const Person& p) {
    os << "Name: " << p.name << ", Age: " << p.age;
    return os;
}

// 实现>>运算符重载
istream& operator>>(istream& is, Person& p) {
    cout << "Enter name: ";
    is >> p.name;
    cout << "Enter age: ";
    is >> p.age;
    return is;
}

int main() {
    Person p1("Alice", 30);
    cout << p1 << endl;  // 输出：Name: Alice, Age: 30

    Person p2("", 0);
    cin >> p2;           // 输入：Bob 40
    cout << p2 << endl;  // 输出：Name: Bob, Age: 40

    return 0;
}

运行结果为：

Name: Alice, Age: 30
Enter name: Bob 40
Enter age: Name: Bob, Age: 40

在这个示例中，我们定义了两个友元函数，分别用于重载 << 和 >> 运算符。通过重载，我们能够以自然和简洁的方式进行输入和输出操作。

实例程序中是以全局函数的方式重载 << 和 >> 的，事实上也只能以这种方式重载，而不能以成员函数的方式重载，因为后者要对 istream 类和 ostream 类进行修改，而它们都属于标准库中的类，是不可以修改的。