【C++】类和对象——流插入和流提取运算符重载

前言

我们在上一节实现日期类时，在输入和输出打印时，经常会调用两个函数：

void Insert()//输入函数{cin >> _year;cin >> _month;cin >> _day;if (!CheakDay())cout << "输入错误，请重新输入" << endl;}
void Print()//输出函数{cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;}

我们经常调用这两个函数进行输入输出日期，我会觉得麻烦，那我可不可以直接使用cout和cin来输出输入呢，这就用到我们流插入和流提取运算符的重载。

ostream和istream

在cplusplus网站中，就有详细介绍：
在这里插入图片描述
其实，cout是ostream类型的全局对象，cin是一个istream类型的全局对象。这些都是在C++的标准库中写好了，它们被包含在iostream这个头文件里面。
ostream和istream里面都写了很多函数，想要输入或者输出带精度的都可以进行调用。
我们都知道，我们可以直接调用cout来输出内置类型，是因为它已经在库中写好了重载函数，如下图所示：
在这里插入图片描述

例如：
int i=1;
cout<<i ——》等价于cout.operator<<(i)
double d=1.1
cout<<d ——》等价于cout.operator<<(d)
cout能自动识别类型，本质上是因为这些流插入重载自动构成函数重载。
cin也一样。

当我们想要cout一个自定义类型，即cout<<d1，发现代码会报错，因为库里面没有对应写自定义类型的输出，我们要自己重载写一个。

自定义类型的流插入重载

虽然上图中函数的参数只有一个，但我们要知道的是operator<<是写在ostream这个类里面的，所以这个函数应该是有两个参数，一个是隐藏的this指针，所以实际上库里声明定义的重载应该为：

ostream& operator<<(ostream& this, int val);

当我们仿照其写自定义类型的流插入重载函数时，ostream& this，这个参数是不能省略的。
明白了这个，现在我们在日期类中类中声明流插入重载函数：

void operator<<(ostream& out);
//必须用引用传参是因为ostream类型不支持拷贝构造
//（传参时如果传的自定义类型会调用它的拷贝构造）

在类外定义这个函数时：

void Date::operator<<(ostream& out)
{out << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}

我们重载的是自定义类型，但自定义类型内部最终还是内置类型。

out << _year << “年” << _month << “月” << _day << “日” << endl;
这一行其实是多个函数的调用，
先执行out<<_year，
它会调用库里的函数：ostream& operator<< (int val);输出
ostream&也就是out作为返回值又变成：out << “年” << _month << “月” << _day << “日” << endl;然后再输出。

到此刻，我们调用cout<<d1时发现会报错，这是为什么呢？

我们将调用void Date::operator<<(ostream& out)这个函数的式子写出来其实是： d1.operator<<(cout);写成这样就可以正常调用。
即d1<<cout。

其实原因很简单：在运算符重载过程中，参数顺序和操作数顺序必须保持一致。
在这里插入图片描述

我们实际想要写成：cout<<d1，
则参数顺序则应该为：ostream Date
但是存在一个问题，这个函数是Date类中的成员函数，它有隐含一个this指针，把第一个参数占用了，ostream则不能作为第一个参数。此时我们只能将其重载成全局函数。

总结起来就是：operator<<想重载为成员函数，可以，但是使用时d1<<cout不符合习惯，建议重载成全局函数。
如下：

void operator<<(ostream& out, const Date& d)
{out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;
}

在这里插入图片描述
此时会出现一个私有不可访问的问题，为方便使用，我们先将私有成员变量设为公有。此时可以正常使用，但当我们想连续输出时，如：

cout << d1 << d2;

此时编译器又会继续报错。因为函数调用会先调用cout << d1，此时没有返回值，所以会报错，我们应该有个返回值，且这个返回值应该是cout，才能使得表达式继续执行，变为cout << d2，就可以连续输出，又因为out是cout的引用，即out是cout的别名，只要返回out即可，所以函数可改为：

ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;return out;
}

自定义类型的流提取重载

与自定义类型的流插入重载一致，就不再细说，直接得代码：

//函数的声明
istream & operator>>(istream & in, Date & d);

//函数的定义
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{cout << "请依次输入年月日：" << endl;in >> d._year >> d._month >> d._day;return in;
}

这时我们也可以将上节课写的日期检查写入：

istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{cout << "请依次输入年月日：" << endl;in >> d._year >> d._month >> d._day;if (!d.CheakDay()){cout << "日期非法" << endl;}return in;
}

解决私有问题

将函数在类中声明为友元函数，这在类和对象终章会讲到。
代码如下：

class Date
{//声明友元函数friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
private:int _year;int _month;int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;return out;
}
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{cout << "请依次输入年月日：" << endl;in >> d._year >> d._month >> d._day;if (!d.CheakDay()){cout << "日期非法" << endl;}return in;
}

声明函数是类的朋友，则函数可以访问类中的所有成员，友元的语法就是这么简单。

日期类总接口

补充了这两个流的重载，我们可以将Date.h完善：

class Date
{friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:Date(int year, int month, int day):_year(year), _month(month), _day(day){if (!CheakDay()){cout << "日期非法" << endl;}}int GetMonthDay(int year, int month){assert(month > 0 && month < 13);static int MonthDayArr[] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)))return 29;elsereturn MonthDayArr[month];}bool CheakDay(){if (_year <= 0 || _month <= 0 || _month > 12 || _day<0 || _day>GetMonthDay(_year, _month))return false;elsereturn true;}bool operator<(const Date& d)const;bool operator<=(const Date& d)const;bool operator>(const Date& d)const;bool operator>=(const Date& d)const;bool operator==(const Date& d)const;bool operator!=(const Date& d)const;Date& operator+=(int n);Date operator+(int n);Date& operator-=(int n);Date operator-(int n);Date& operator++();Date& operator--();Date operator++(int);Date operator--(int);int operator-(const Date& d)const;
private:int _year;int _month;int _day;
};