C++的流插入運算子“<<”和流提取運算子“>>”是C++在類庫中提供的，所有C++編譯系統都在類庫中提供輸入流類istream和輸出流類ostream。cin和cout分別是istream類和ostream類的物件。在類庫提供的標頭檔案中已經對“<<”和“>>”進行了過載，使之作為流插入運算子和流提取運算子，能用來輸出和輸入C++標準型別的資料。因此，凡是用“cout<<”和“cin>>”對標準型別資料進行輸入輸出的，都要用#include 把標頭檔案包含到本程式檔案中。

使用者自己定義的型別的資料，是不能直接用“<<”和“>>”來輸出和輸入的。如果想用它們輸出和輸入自己宣告的型別的資料，必須對它們過載。

對“<<”和“>>”過載的函式形式如下：
    istream & operator >> (istream &, 自定義類 &);
    ostream & operator << (ostream &, 自定義類 &);
即過載運算子“>>”的函式的第一個引數和函式的型別都必須是istream&型別，第二個引數是要進行輸入操作的類。過載“<<”的函式的第一個引數和函式的型別都必須是ostream&型別，第二個引數是要進行輸出操作的類。因此，只能將過載“>>”和“<<”的函式作為友元函式或普通的函式，而不能將它們定義為成員函式。

過載流插入運算子“<<”

在程式中，人們希望能用插入運算子“<<”來輸出使用者自己宣告的類的物件的資訊，這就需要過載流插入運算子“<<”。

[例10.7] 在例10.2的基礎上，用過載的“<<”輸出複數。

1. #include <iostream>
2. using namespace std;
3. classComplex
4. {
5. public:
6. Complex( ){real=0;imag=0;}
7. Complex(double r,double i){real=r;imag=i;}
8. Complexoperator + (Complex&c2); //運算子“+”過載為成員函式
9. friend
   ostream& operator << (ostream&,Complex&); //運算子“<<”過載為友元函式
10. private:
11. double real;
12. double imag;
13. };
14. ComplexComplex::operator + (Complex&c2)//定義運算子“+”過載函式
15. {
16. return Complex(real+c2.real,imag+c2.imag);
17. }
18. ostream& operator << (ostream& output,Complex& c) //定義運算子“<<”過載函式
19. {
20. output<<"("<<c.real<<"+"<<c.imag<<"i)"<<endl;
21. return output;
22. }
23. int main( )
24. {
25. Complexc1(2,4),c2(6,10),c3;
26. c3=c1+c2;
27. cout<<c3;
28. return 0;
29. }

注意，在Visual C++ 6.0環境下執行時，需將第一行改為#include <iostream.h>，並刪去第2行，否則編譯不能通過。執行結果為：(8+14i)可以看到在對運算子“<<”過載後，在程式中用“<<”不僅能輸出標準型別資料，而且可以輸出使用者自己定義的類物件。用“cout<<c3”即能以複數形式輸出複數物件c3的值。形式直觀，可讀性好，易於使用。下面對怎樣實現運算子過載作一些說明。程式中過載了運算子“<<”，運算子過載函式中的形參output是ostream類物件的引用，形參名output是使用者任意起的。分析main函式最後第二行：    cout<<c3;運算子“<<”的左面是cout，前面已提到cout是ostream類物件。“<<”的右面是c3，它是Complex類物件。由於已將運算子“<<”的過載函式宣告為Complex類的友元函式，編譯系統把“cout<<c3”解釋為    operator<<(cout, c3)即以cout和c3作為實參，呼叫下面的operator<<函式：    ostream& operator<<(ostream& output,Complex& c)    {       output<<"("<<c.real<<"+"<<c.imag<<"i)"<<endl;       return output;    }呼叫函式時，形參output成為cout的引用，形參c成為c3的引用。因此呼叫函式的過程相當於執行：    cout<<″(″<<c3.real<<″+″<<c3.imag<<″i)″<<endl; return cout;請注意，上一行中的“<<”是C++預定義的流插入符，因為它右側的運算元是字串常量和double型別資料。執行cout語句輸出複數形式的資訊。然後執行return語句。請思考，return  output的作用是什麼？回答是能連續向輸出流插入資訊。output是ostream類的物件，它是實參cout的引用，也就是cout通過傳送地址給output，使它們二者共享同一段儲存單元，或者說output是cout的別名。因此，return output就是return cout，將輸出流cout的現狀返回，即保留輸出流的現狀。請問返回到哪裡？剛才是在執行    cout<<c3;在已知cout<<c3的返回值是cout的當前值。如果有以下輸出：    cout<<c3<<c2;先處理    cout<<c3即   (cout<<c3)<<c2;而執行(cout<<c3)得到的結果就是具有新內容的流物件cout，因此，(cout<<c3)<<c2相當於cout(新值)<<c2。運算子“<<”左側是ostream類物件cout，右側是Complex類物件c2，則再次呼叫運算子“<<”過載函式，接著向輸出流插入c2的資料。現在可以理解了為什麼C++規定運算子“<<”過載函式的第一個引數和函式的型別都必須是ostream型別的引用，就是為了返回cout的當前值以便連續輸出。請讀者注意區分什麼情況下的“<<”是標準型別資料的流插入符，什麼情況下的“<<”是過載的流插入符。如    cout<<c3<<5<<endl;有下劃線的是呼叫過載的流插入符，後面兩個“<<”不是過載的流插入符，因為它的右側不是Complex類物件而是標準型別的資料，是用預定義的流插入符處理的。還有一點要說明，在本程式中，在Complex類中定義了運算子“<<”過載函式為友元函式，因此只有在輸出Complex類物件時才能使用過載的運算子，對其他型別的物件是無效的。如    cout<<time1;  //time1是Time類物件，不能使用用於Complex類的過載運算子

過載流提取運算子“>>”

C++預定義的運算子“>>”的作用是從一個輸入流中提取資料，如“cin>>i;”表示從輸入流中提取一個整數賦給變數i(假設已定義i為int型)。過載流提取運算子的目的是希望將“>>”用於輸入自定義型別的物件的資訊。[例10.8] 在例10.7的基礎上，增加過載流提取運算子“>>”，用“cin>>”輸入複數，用“cout<<”輸出複數。

1. #include <iostream>
2. using namespace std;
3. classComplex
4. {
5. public:
6. friend ostream& operator << (ostream&,Complex&); //宣告過載運算子“<<”
7. friend istream& operator >> (istream&,Complex&); //宣告過載運算子“>>”
8. private:
9. double real;
10. double imag;
11. };
12. ostream& operator << (ostream& output,Complex& c) //定義過載運算子“<<”
13. {
14. output<<"("<<c.real<<"+"<<c.imag<<"i)";
15. return output;
16. }
17. istream& operator >> (istream& input,Complex& c) //定義過載運算子“>>”
18. {
19. cout<<"input real part and imaginary part of complex number:";
20. input>>c.real>>c.imag;
21. return input;
22. }
23. int main( )
24. {
25. Complexc1,c2;
26. cin>>c1>>c2;
27. cout<<"c1="<<c1<<endl;
28. cout<<"c2="<<c2<<endl;
29. return 0;
30. }

執行情況如下：
input real part and imaginary part of complex number:3 6↙
input real part and imaginary part of complex number:4 10↙
c1=(3+6i)
c2=(4+10i)

以上執行結果無疑是正確的，但並不完善。在輸入複數的虛部為正值時，輸出的結果是沒有問題的，但是虛部如果是負數，就不理想，請觀察輸出結果。
input real part and imaginary part of complex number:3 6↙
input real part and imaginary part of complex number:4 -10↙
c1=(3+6i)
c2=(4+-10i)

根據先除錯通過，最後完善的原則，可對程式作必要的修改。將過載運算子“<<”函式修改如下：

1. ostream& operator << (ostream& output，Complex& c)
2. {
3. output<<"("<<c.real;
4. if(c.imag>=0) output<<"+";//虛部為正數時，在虛部前加“+”號
5. output<<c.imag<<"i)"<<endl; //虛部為負數時，在虛部前不加“+”號
6. return output;
7. }

這樣，執行時輸出的最後一行為c2=(4-10i) 。

可以看到，在C++中，運算子過載是很重要的、很有實用意義的。它使類的設計更加豐富多彩，擴大了類的功能和使用範圍，使程式易於理解，易於對物件進行操作，它體現了為使用者著想、方便使用者使用的思想。有了運算子過載，在聲明瞭類之後，人們就可以像使用標準型別一樣來使用自己宣告的類。類的宣告往往是一勞永逸的，有了好的類，使用者在程式中就不必定義許多成員函式去完成某些運算和輸入輸出的功能，使主函式更加簡單易讀。好的運算子過載能體現面向物件程式設計思想。

可以看到，在運算子過載中使用引用(reference)的重要性。利用引用作為函式的形參可以在呼叫函式的過程中不是用傳遞值的方式進行虛實結合，而是通過傳址方式使形參成為實參的別名，因此不生成臨時變數(實參的副本)，減少了時間和空間的開銷。此外，如果過載函式的返回值是物件的引用時，返回的不是常量，而是引用所代表的物件，它可以出現在賦值號的左側而成為左值(left value)，可以被賦值或參與其他操作(如保留cout流的當前值以便能連續使用“<<”輸出)。但使用引用時要特別小心，因為修改了引用就等於修改了它所代表的物件。