操作符過載 之 輸出操作符”<<”（C++）

• 問題背景
• 技術推演
• 解決方案
• 總結

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本文閱讀結構如下表：

問題背景

在C++中，我們自己定義了一個類，但我們卻不能用cout來直接輸出這個自定義類的具體物件。你可以試一試，編譯器會報錯的，這主要是因為編譯器不知道該按照什麼方式來輸出你自定義的類。
那我們就想用cout來直接輸出呢？怎麼辦呢？哈哈，我們有利器——操作符過載！這樣我們就可以規定輸出方式，有了規則，編譯器看到我們的這個類的物件就知道怎麼輸出了。

技術推演1

首先我們要承認的是，C++是把操作符過載用函式來實現的。2

比如我們要實現下面的自定義類A的物件的加法，該怎麼做呢？自然能夠想到的，就是用函式來把物件中的每個成員變數做加法，參考以下程式碼：

#include"iostream"
using namespace std;

class A{
public:
    A(int a = 0, int b = 0)//使用預設引數，這樣既是有參建構函式，也是預設建構函式
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
public://為了方便起見，設定為public
 

    int a;
    int b;
};

A addA(A &A1,A &A2)//實現物件加法的函式
{
    A tmp;
    tmp.a = A1.a + A2.a;
    tmp.b = A1.b + A2.b;
    return tmp;
}

void main()
{
    A a1(1, 2), a2(3, 4);
    A a3 = addA(a1, a2);//用函式來做物件的加法
    cout << "a" << a3.a << " b" << a3.b << endl;
    system("pause"
 
);
}

接下來我們看看操作符過載是怎麼用函式實現的：

#include"iostream"
using namespace std;

class A{
public:
    A(int a = 0, int b = 0)//使用預設引數，這樣既是有參建構函式，也是預設建構函式
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
public://為了方便起見，設定為public
    int a;
    int b;
};

A operator+(A &A1,A &A2)//操作符過載
{
    A tmp;//這裡會呼叫預設建構函式
    tmp.a = A1.a + A2.a;
    tmp.b = A1.b + A2.b;
    return tmp;
}

void main()
{
    A a1(1, 2), a2(3, 4);
    A a4 = operator+(a1, a2);
    A a5 = a1 + a2;
    cout << "a" << a4.a << " b" << a4.b << endl;
    cout << "a" << a5.a << " b" << a5.b << endl;
    system("pause");
}

上面程式碼中是用全域性函式來實現操作符過載，事實上這並不是正規寫法，但為了方便理解，正不正規姑且不論。在main函式中，我們可以看到語句“A a4 = operator+(a1, a2);”和語句“A a5 = a1 + a2;”的效果都是一樣的。
因此我們可以推測，C++編譯器在看到自定義型別在做加法時，也就是看到+號，它會自動的呼叫過載函式，把左操作物件（+號左邊的物件）和右操作物件（+號右邊的物件）分別傳入過載函式。這樣一來，我們就知道C++確實是把操作符過載用函式來實現的。

解決方案

思路：根據以上的技術推演，我們可以同樣的應用在“<<”操作符上，那麼這個操作符過載的話，需要什麼引數呢？毫無疑問，我們自定義型別的物件的引數需要傳進去。
我們先看看以下程式碼：

#include"iostream"
using namespace std;

void main()
{
    int a = 10;
    char *b = "hello, world";
    cout << a;
    cout << b;
    system("pause");
}

可以看到，基礎的型別（也就是int和字串指標型別）作為了引數，但還有一個引數，看來看去，就只有cout了=-=，哈哈，想不到吧，cout竟然也是一個引數。
其實如果我們右鍵檢視一下cout，就能看到下面圖片中的內容

看到了吧，cout前面帶著一個型別說明符“ostream”，即cout也是一個類的物件。
這樣我們就知道過載”<<”需要哪些引數了：一個是ostream型別的物件，還有一個就是我們自定義型別A的物件。
下面我們就來實現它！
參考以下程式碼：

#include"iostream"
using namespace std;

class A{
public:
    A(int a = 0, int b = 0)//使用預設引數，這樣既是有參建構函式，也是預設建構函式
    {
        this->a = a;
        this->b = b;
    }
public://為了方便起見，設定為public
    int a;
    int b;
};

void operator<<(ostream &out,A &a1)//操作符過載
{
    out << "a" << a1.a << " b" << a1.b << endl;//這裡直接用out
}

void main()
{
    A a1(1, 2), a2(3, 4);
    cout<<a1;
    cout<<a2;
    system("pause");
}

總結

事實上以上程式碼均不是正規寫法，正規寫法連結將在以後給出。
最後引用王保明先生的一句話來給本文做總結：“結論倍簡單的：首先我們要承認一件事，C++中操作符的過載是用函式來實現的”。

1. 基於王保明先生的技術推演，王老師講課真的很不錯！ ↩
2. 結論基於王保明先生的講課內容. ↩