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C++重載輸入和輸出運算符詳解

更新時間：2023年09月12日 08:31:59 作者：向陽逐夢

在C++中,標準庫本身已經(jīng)對左移運算符<<和右移運算符>>分別進行了重載,使其能夠用于不同數(shù)據(jù)的輸入輸出,本節(jié)以前面的?complex?類為例來演示輸入輸出運算符的重載,需要的朋友可以參考下

在C++中，標準庫本身已經(jīng)對左移運算符<<和右移運算符>>分別進行了重載，使其能夠用于不同數(shù)據(jù)的輸入輸出，但是輸入輸出的對象只能是 C++ 內(nèi)置的數(shù)據(jù)類型（例如 bool、int、double 等）和標準庫所包含的類類型（例如 string、complex、ofstream、ifstream 等）。

如果我們自己定義了一種新的數(shù)據(jù)類型，需要用輸入輸出運算符去處理，那么就必須對它們進行重載。本節(jié)以前面的 complex 類為例來演示輸入輸出運算符的重載。

其實 C++ 標準庫已經(jīng)提供了 complex 類，能夠很好地支持復(fù)數(shù)運算，但是這里我們又自己定義了一個 complex 類，這樣做僅僅是為了教學(xué)演示。

本節(jié)要達到的目標是讓復(fù)數(shù)的輸入輸出和 int、float 等基本類型一樣簡單。假設(shè) num1、num2 是復(fù)數(shù)，那么輸出形式就是：

cout<<num1<<num2<<endl;

輸入形式就是：

cin>>num1>>num2;

cout 是 ostream 類的對象，cin 是 istream 類的對象，要想達到這個目標，就必須以全局函數(shù)（友元函數(shù)）的形式重載<<和>>，否則就要修改標準庫中的類，這顯然不是我們所期望的。

重載輸入運算符>>

下面我們以全局函數(shù)的形式重載>>，使它能夠讀入兩個 double 類型的數(shù)據(jù)，并分別賦值給復(fù)數(shù)的實部和虛部：

    istream & operator>>(istream &in, complex &A){
        in >> A.m_real >> A.m_imag;
        return in;
    }

istream 表示輸入流，cin 是 istream 類的對象，只不過這個對象是在標準庫中定義的。之所以返回 istream 類對象的引用，是為了能夠連續(xù)讀取復(fù)數(shù)，讓代碼書寫更加漂亮，例如：

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

如果不返回引用，那就只能一個一個地讀取了：

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

另外，運算符重載函數(shù)中用到了 complex 類的 private 成員變量，必須在 complex 類中將該函數(shù)聲明為友元函數(shù)：

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

>>運算符可以按照下面的方式使用：

complex c;
cin>>c;

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

operator<<(cin , c);

重載輸出運算符<<

同樣地，我們也可以模仿上面的形式對輸出運算符>>進行重載，讓它能夠輸出復(fù)數(shù)，請看下面的代碼：

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

ostream 表示輸出流，cout 是 ostream 類的對象。由于采用了引用的方式進行參數(shù)傳遞，并且也返回了對象的引用，所以重載后的運算符可以實現(xiàn)連續(xù)輸出。為了能夠直接訪問 complex 類的 private 成員變量，同樣需要將該函數(shù)聲明為 complex 類的友元函數(shù)：

friend ostream & operator<<(ostream &out, complex &A);

綜合演示

結(jié)合輸入輸出運算符的重載，重新實現(xiàn) complex 類：

    #include <iostream>
    using namespace std;
    class complex{
    public:
        complex(double real = 0.0, double imag = 0.0): m_real(real), m_imag(imag){ };
    public:
        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);
    private:
        double m_real;  //實部
        double m_imag;  //虛部
    };
    //重載加法運算符
    complex operator+(const complex & A, const complex &B){
        complex C;
        C.m_real = A.m_real + B.m_real;
        C.m_imag = A.m_imag + B.m_imag;
        return C;
    }
    //重載減法運算符
    complex operator-(const complex & A, const complex &B){
        complex C;
        C.m_real = A.m_real - B.m_real;
        C.m_imag = A.m_imag - B.m_imag;
        return C;
    }
    //重載乘法運算符
    complex operator*(const complex & A, const complex &B){
        complex C;
        C.m_real = A.m_real * B.m_real - A.m_imag * B.m_imag;
        C.m_imag = A.m_imag * B.m_real + A.m_real * B.m_imag;
        return C;
    }
    //重載除法運算符
    complex operator/(const complex & A, const complex & B){
        complex C;
        double square = A.m_real * A.m_real + A.m_imag * A.m_imag;
        C.m_real = (A.m_real * B.m_real + A.m_imag * B.m_imag)/square;
        C.m_imag = (A.m_imag * B.m_real - A.m_real * B.m_imag)/square;
        return C;
    }
    //重載輸入運算符
    istream & operator>>(istream & in, complex & A){
        in >> A.m_real >> A.m_imag;
        return in;
    }
    //重載輸出運算符
    ostream & operator<<(ostream & out, complex & A){
        out << A.m_real <<" + "<< A.m_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;
    }

運行結(jié)果：