詳解C++編程中的重載流插入運算符和流提取運算符
C++的流插入運算符“<<”和流提取運算符“>>”是C++在類庫中提供的,所有C++編譯系統(tǒng)都在類庫中提供輸入流類istream和輸出流類ostream。cin和cout分別是istream類和ostream類的對象。在類庫提供的頭文件中已經(jīng)對“<<”和“>>”進行了重載,使之作為流插入運算符和流提取運算符,能用來輸出和輸入C++標準類型的數(shù)據(jù)。因此,凡是用“cout<<”和“cin>>”對標準類型數(shù)據(jù)進行輸入輸出的,都要用#include 把頭文件包含到本程序文件中。
用戶自己定義的類型的數(shù)據(jù),是不能直接用“<<”和“>>”來輸出和輸入的。如果想用它們輸出和輸入自己聲明的類型的數(shù)據(jù),必須對它們重載。
對“<<”和“>>”重載的函數(shù)形式如下:
istream & operator >> (istream &, 自定義類 &); ostream & operator << (ostream &, 自定義類 &);
即重載運算符“>>”的函數(shù)的第一個參數(shù)和函數(shù)的類型都必須是istream&類型,第二個參數(shù)是要進行輸入操作的類。重載“<<”的函數(shù)的第一個參數(shù)和函數(shù)的類型都必須是ostream&類型,第二個參數(shù)是要進行輸出操作的類。因此,只能將重載“>>”和“<<”的函數(shù)作為友元函數(shù)或普通的函數(shù),而不能將它們定義為成員函數(shù)。
重載流插入運算符“<<”
在程序中,人們希望能用插入運算符“<<”來輸出用戶自己聲明的類的對象的信息,這就需要重載流插入運算符“<<”。
[例] 用重載的“<<”輸出復數(shù)。
#include <iostream> using namespace std; class Complex { public: Complex( ){real=0;imag=0;} Complex(double r,double i){real=r;imag=i;} Complex operator + (Complex &c2); //運算符“+”重載為成員函數(shù) friend ostream& operator << (ostream&,Complex&); //運算符“<<”重載為友元函數(shù) private: double real; double imag; }; Complex Complex::operator + (Complex &c2)//定義運算符“+”重載函數(shù) { return Complex(real+c2.real,imag+c2.imag); } ostream& operator << (ostream& output,Complex& c) //定義運算符“<<”重載函數(shù) { output<<"("<<c.real<<"+"<<c.imag<<"i)"<<endl; return output; } int main( ) { Complex c1(2,4),c2(6,10),c3; c3=c1+c2; cout<<c3; return 0; }
注意,在Visual C++ 6.0環(huán)境下運行時,需將第一行改為#include <iostream.h>,并刪去第2行,否則編譯不能通過。運行結(jié)果為:
(8+14i)
可以看到在對運算符“<<”重載后,在程序中用“<<”不僅能輸出標準類型數(shù)據(jù),而且可以輸出用戶自己定義的類對象。用“cout<<c3”即能以復數(shù)形式輸出復數(shù)對象c3的值。形式直觀,可讀性好,易于使用。
下面對怎樣實現(xiàn)運算符重載作一些說明。程序中重載了運算符“<<”,運算符重載函數(shù)中的形參output是ostream類對象的引用,形參名output是用戶任意起的。分析main函數(shù)最后第二行:
cout<<c3;
運算符“<<”的左面是cout,前面已提到cout是ostream類對象?!?lt;<”的右面是c3,它是Complex類對象。由于已將運算符“<<”的重載函數(shù)聲明為Complex類的友元函數(shù),編譯系統(tǒng)把“cout<<c3”解釋為
operator<<(cout, c3)
即以cout和c3作為實參,調(diào)用下面的operator<<函數(shù):
ostream& operator<<(ostream& output,Complex& c) { output<<"("<<c.real<<"+"<<c.imag<<"i)"<<endl; return output; }
調(diào)用函數(shù)時,形參output成為cout的引用,形參c成為c3的引用。因此調(diào)用函數(shù)的過程相當于執(zhí)行:
cout<<″(″<<c3.real<<″+″<<c3.imag<<″i)″<<endl; return cout;
請注意,上一行中的“<<”是C++預定義的流插入符,因為它右側(cè)的操作數(shù)是字符串常量和double類型數(shù)據(jù)。執(zhí)行cout語句輸出復數(shù)形式的信息。然后執(zhí)行return語句。
請思考,return output的作用是什么?回答是能連續(xù)向輸出流插入信息。output是ostream類的對象,它是實參cout的引用,也就是cout通過傳送地址給output,使它們二者共享同一段存儲單元,或者說output是cout的別名。因此,return output就是return cout,將輸出流cout的現(xiàn)狀返回,即保留輸出流的現(xiàn)狀。
請問返回到哪里?剛才是在執(zhí)行
cout<<c3;
在已知cout<<c3的返回值是cout的當前值。如果有以下輸出:
cout<<c3<<c2;
先處理
cout<<c3
即
(cout<<c3)<<c2;
而執(zhí)行(cout<<c3)得到的結(jié)果就是具有新內(nèi)容的流對象cout,因此,(cout<<c3)<<c2相當于cout(新值)<<c2。運算符“<<”左側(cè)是ostream類對象cout,右側(cè)是Complex類對象c2,則再次調(diào)用運算符“<<”重載函數(shù),接著向輸出流插入c2的數(shù)據(jù)?,F(xiàn)在可以理解了為什么C++規(guī)定運算符“<<”重載函數(shù)的第一個參數(shù)和函數(shù)的類型都必須是ostream類型的引用,就是為了返回cout的當前值以便連續(xù)輸出。
請讀者注意區(qū)分什么情況下的“<<”是標準類型數(shù)據(jù)的流插入符,什么情況下的“<<”是重載的流插入符。如
cout<<c3<<5<<endl;
有下劃線的是調(diào)用重載的流插入符,后面兩個“<<”不是重載的流插入符,因為它的右側(cè)不是Complex類對象而是標準類型的數(shù)據(jù),是用預定義的流插入符處理的。
還有一點要說明,在本程序中,在Complex類中定義了運算符“<<”重載函數(shù)為友元函數(shù),因此只有在輸出Complex類對象時才能使用重載的運算符,對其他類型的對象是無效的。如
cout<<time1; //time1是Time類對象,不能使用用于Complex類的重載運算符
重載流提取運算符“>>”
C++預定義的運算符“>>”的作用是從一個輸入流中提取數(shù)據(jù),如“cin>>i;”表示從輸入流中提取一個整數(shù)賦給變量i(假設已定義i為int型)。重載流提取運算符的目的是希望將“>>”用于輸入自定義類型的對象的信息。
[例] 在上例的基礎上,增加重載流提取運算符“>>”,用“cin>>”輸入復數(shù),用“cout<<”輸出復數(shù)。
#include <iostream> using namespace std; class Complex { public: friend ostream& operator << (ostream&,Complex&); //聲明重載運算符“<<” friend istream& operator >> (istream&,Complex&); //聲明重載運算符“>>” private: double real; double imag; }; ostream& operator << (ostream& output,Complex& c) //定義重載運算符“<<” { output<<"("<<c.real<<"+"<<c.imag<<"i)"; return output; } istream& operator >> (istream& input,Complex& c) //定義重載運算符“>>” { cout<<"input real part and imaginary part of complex number:"; input>>c.real>>c.imag; return input; } int main( ) { Complex c1,c2; cin>>c1>>c2; cout<<"c1="<<c1<<endl; cout<<"c2="<<c2<<endl; return 0; }
運行情況如下:
input real part and imaginary part of complex number:3 6↙ input real part and imaginary part of complex number:4 10↙ c1=(3+6i) c2=(4+10i)
以上運行結(jié)果無疑是正確的,但并不完善。在輸入復數(shù)的虛部為正值時,輸出的結(jié)果是沒有問題的,但是虛部如果是負數(shù),就不理想,請觀察輸出結(jié)果。
input real part and imaginary part of complex number:3 6↙ input real part and imaginary part of complex number:4 -10↙ c1=(3+6i) c2=(4+-10i)
根據(jù)先調(diào)試通過,最后完善的原則,可對程序作必要的修改。將重載運算符“<<”函數(shù)修改如下:
ostream& operator << (ostream& output,Complex& c) { output<<"("<<c.real; if(c.imag>=0) output<<"+";//虛部為正數(shù)時,在虛部前加“+”號 output<<c.imag<<"i)"<<endl; //虛部為負數(shù)時,在虛部前不加“+”號 return output; }
這樣,運行時輸出的最后一行為c2=(4-10i) 。
可以看到,在C++中,運算符重載是很重要的、很有實用意義的。它使類的設計更加豐富多彩,擴大了類的功能和使用范圍,使程序易于理解,易于對對象進行操作,它體現(xiàn)了為用戶著想、方便用戶使用的思想。有了運算符重載,在聲明了類之后,人們就可以像使用標準類型一樣來使用自己聲明的類。類的聲明往往是一勞永逸的,有了好的類,用戶在程序中就不必定義許多成員函數(shù)去完成某些運算和輸入輸出的功能,使主函數(shù)更加簡單易讀。好的運算符重載能體現(xiàn)面向?qū)ο蟪绦蛟O計思想。
可以看到,在運算符重載中使用引用(reference)的重要性。利用引用作為函數(shù)的形參可以在調(diào)用函數(shù)的過程中不是用傳遞值的方式進行虛實結(jié)合,而是通過傳址方式使形參成為實參的別名,因此不生成臨時變量(實參的副本),減少了時間和空間的開銷。此外,如果重載函數(shù)的返回值是對象的引用時,返回的不是常量,而是引用所代表的對象,它可以出現(xiàn)在賦值號的左側(cè)而成為左值(left value),可以被賦值或參與其他操作(如保留cout流的當前值以便能連續(xù)使用“<<”輸出)。但使用引用時要特別小心,因為修改了引用就等于修改了它所代表的對象。
相關文章
c++網(wǎng)絡編程下Linux的epoll技術和Windows下的IOCP模型
c++ 網(wǎng)絡編程LINUX-epoll/windows-IOCP下socket opoll函數(shù)用法 優(yōu)于select方法的epoll 以及windows下IOCP 解決多進程服務端創(chuàng)建進程資源浪費問題,感興趣的小伙伴一起來學習吧2021-08-08詳解C語言中for循環(huán)與while循環(huán)的用法
這篇文章主要通過幾個示例為大家介紹一下C語言中for循環(huán)與while循環(huán)的用法以及二者的區(qū)別,文中的代碼講解詳細,對我們學習C語言有一定幫助,需要的可以參考一下2022-07-07C++實現(xiàn)LeetCode(40.組合之和之二)
這篇文章主要介紹了C++實現(xiàn)LeetCode(40.組合之和之二),本篇文章通過簡要的案例,講解了該項技術的了解與使用,以下就是詳細內(nèi)容,需要的朋友可以參考下2021-07-07