C++重載>>和<<（輸入輸出運算符）

在C++中，標准庫本身已經對左移運算符<<和右移運算符>>分別進行了重載，使其能夠用於不同數據的輸入輸出，但是輸入輸出的對象只能是 C++ 自帶的數據類型，包括 int、float、bool 等基本類型，以及 string、complex 等標准庫自定義的類型（也就是類）。

如果我們自己定義了一種新的數據類型，需要用輸入輸出運算符去處理，那麼就必須對它們進行重載。本節以前面的 complex 類為例來演示輸入輸出運算符的重載。

其實 C++ 標准庫已經提供了 complex 類，能夠很好地支持復數運算，但是這裡我們又自己定義了一個 complex 類，這樣做僅僅是為了教學演示。

本節要達到的目標是讓復數的輸入輸出和 int、float 等基本類型一樣簡單。假設 num1、num2 是復數，那麼輸出形式就是：

cout<<num1<<num2<<endl;

輸入形式就是：

cin>>num1>>num2;

要想達到這個目標，就必須以全局函數的形式重載<<和>>。

重載輸入運算符>>

下面我們在全局范圍內重載>>，使它能夠讀入兩個 double 類型的數據，並轉換為一個復數，保存到復數對象中：

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准庫中定義的。之所以返回 istream 類對象的引用，是為了能夠連續讀取復數，讓代碼書寫更加漂亮，例如：

cin>>num1>>num2;

如果不返回引用，那就只能一個一個地讀取了：

cin>>num1;
cin>>num2;

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

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;

當輸入1.45 2.34↙後，這兩個小數就分別成為對象 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，讓它能夠輸出復數。重載函數的實現如下：

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。由於采用了引用的方式進行參數傳遞，並且也返回了對象的引用，所以重載後的運算符可以實現連續輸出。

為了能夠直接訪問 complex 類的 private 成員變量，同樣需要將該函數聲明為 complex 類的友元函數：

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

綜合演示

結合輸入輸出運算符的重載，重新實現 complex 類：

#include <iostream>
using namespace std;

class complex{
public:
    complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ };
    complex(double a, double b): m_real(a), m_imag(b){ };
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;
}

運行結果：
2.4 3.6↙
4.8 1.7↙
c1 + c2 = 7.2 + 5.3 i
c1 - c2 = -2.4 + 1.9 i
c1 * c2 = 5.4 + 21.36 i
c1 / c2 = 0.942308 + 0.705128 i

本例中我們以全局函數的形式重載了加減乘除運算符，當然你也可以以成員函數的形式重載。