C++流运算符重载实践

概述

operator<< / operator>> 的标准实现模式：非成员函数 + friend 声明；输入重载须先读临时变量再赋值，避免部分更新；模板类需额外模板化友元声明。

关键内容

1. 标准签名

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const MyType& obj);  // 输出：const T&
std::istream& operator>>(std::istream& is, MyType& obj);        // 输入：T&（非 const）

输出返回 ostream&，输入返回 istream&，均为链式调用所必须
第二参数：输出加 const（不修改对象），输入不加 const（读入会修改对象）

2. friend 声明模式

类成员为私有时，将运算符声明为 friend：

class Person {
    std::string name;
    int age;
public:
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Person& p);
    friend std::istream& operator>>(std::istream& is, Person& p);
};

不想用 friend 可暴露 getter/setter，但需要类提供足够的公共接口。

3. 输入安全模式：先读临时变量

直接写入对象成员会导致"读坏一半"问题（读取中途失败时对象处于中间状态）：

// 不安全
istream& operator>>(istream& is, Person& p) { is >> p.name >> p.age; return is; }

// 安全：先读临时变量，成功后再赋值
istream& operator>>(istream& is, Person& p) {
    std::string name; int age;
    if (is >> name >> age) { p.name = name; p.age = age; }
    return is;
}

4. 格式校验与 failbit

需要严格输入格式时，校验失败后调用 is.setstate(std::ios::failbit) 通知调用者：

istream& operator>>(istream& is, Point& p) {
    int x, y; char c1, c2, c3;
    if (is >> c1 >> x >> c2 >> y >> c3) {
        if (c1 == '(' && c2 == ',' && c3 == ')')
            p.x = x, p.y = y;
        else
            is.setstate(std::ios::failbit);
    }
    return is;
}

5. 含空格字符串：结合 getline

operator>> 默认按空白分隔，读取含空格的字符串需用 std::getline：

istream& operator>>(istream& is, Person& p) {
    std::getline(is >> std::ws, p.name);  // 跳过前导空白后读整行
    is >> p.age;
    return is;
}

6. 模板类重载

模板类需用模板化友元声明（避免只友好特定实例化）：

template<typename T>
class Box {
    T value;
public:
    template<typename U>
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Box<U>& box);
    template<typename U>
    friend std::istream& operator>>(std::istream& is, Box<U>& box);
};

7. 成员函数版本的适用场景

仅当左操作数是自己的类对象时才写成员函数（如自定义 Buffer 类）：

class Buffer {
public:
    Buffer& operator<<(int x) { /* write to buffer */ return *this; }
};

这与 std::cout << obj 场景完全不同。

8. 常见错误

错误	后果
`operator<<` 写成成员函数	`obj.operator<<(cout)` 语义反转
返回 void	无法链式调用
输出参数不加 const	无法输出 const 对象或临时对象
输入参数传值（非引用）	修改副本，原对象不变
输入直接写对象成员	失败时对象处于中间状态

来源

C++ 运算符重载详解 — 完整重载实践指南，含多示例和错误总结