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1.6.5 C++重载>>和（输入和输出运算符）详解

说明
分类：C++
在C++中，标准库本身已经对左移运算符<<和右移运算符>>分别进行了重载，使其能够用于不同数据的输入输出，但是输入输出的对象只能是 C++ 内置的数据类型（例如 bool、int、double 等）和标准库所包含的类类型（例如 string、complex、ofstream、ifstream 等）。
如果我们自己定义了一种新的数据类型，需要用输入输出运算符去处理，那么就必须对它们进行重载。本节以前面的 complex 类为例来演示输入输出运算符的重载。
其实 C++ 标准库已经提供了 complex 类，能够很好地支持复数运算，但是这里我们又自己定义了一个 complex 类，这样做仅仅是为了教学演示。
本节要达到的目标是让复数的输入输出和 int、float 等基本类型一样简单。假设 num1、num2 是复数，那么输出形式就是：

cout<<num1<<num2<<endl;

输入形式就是：

cin>>num1>>num2;

cout 是 ostream 类的对象，cin 是 istream 类的对象，要想达到这个目标，就必须以全局函数（友元函数）的形式重载<<和>>，否则就要修改标准库中的类，这显然不是我们所期望的。

重载输入运算符>>

下面我们以全局函数的形式重载>>，使它能够读入两个 double 类型的数据，并分别赋值给复数的实部和虚部：
istream & operator>>(istream &in, complex &A){    in >> A.m_real >> A.m_imag;    return in;}
istream 表示输入流，cin 是 istream 类的对象，只不过这个对象是在标准库中定义的。之所以返回 istream 类对象的引用，是为了能够连续读取复数，让代码书写更加漂亮，例如：

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

如果不返回引用，那就只能一个一个地读取了：

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

另外，运算符重载函数中用到了 complex 类的 private 成员变量，必须在 complex 类中将该函数声明为友元函数：

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

>>运算符可以按照下面的方式使用：

complex c;
cin>>c;

当输入1.45 2.34↙后，这两个小数就分别成为对象 c 的实部和虚部了。cin>> c;这一语句其实可以理解为：

operator<<(cin , c);

重载输出运算符<<

同样地，我们也可以模仿上面的形式对输出运算符>>进行重载，让它能够输出复数，请看下面的代码：
ostream & operator<<(ostream &out, complex &A){    out << A.m_real <<" + "<< A.m_imag <<" i ";    return out;}
ostream 表示输出流，cout 是 ostream 类的对象。由于采用了引用的方式进行参数传递，并且也返回了对象的引用，所以重载后的运算符可以实现连续输出。

为了能够直接访问 complex 类的 private 成员变量，同样需要将该函数声明为 complex 类的友元函数：

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

综合演示

结合输入输出运算符的重载，重新实现 complex 类：
#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;  //实部    double m_imag;  //虚部};//重载加法运算符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;}//重载减法运算符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;}//重载乘法运算符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;}//重载除法运算符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;}//重载输入运算符istream & operator>>(istream & in, complex & A){    in >> A.m_real >> A.m_imag;    return in;}//重载输出运算符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;}
运行结果：
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