如何正确重载 ostream 的 << 运算符？

Question

我正在用 C++ 编写一个用于矩阵运算的小型矩阵库。但是我的编译器抱怨，以前没有。这段代码被搁置了 6 个月，在这期间我将我的计算机从 debian etch 升级到 lenny (g++ (Debian 4.3.2-1.1) 4.3.2 ) 但是我在具有相同 g++ 的 Ubuntu 系统上遇到了同样的问题。

这是我的矩阵类的相关部分：

namespace Math
{
    class Matrix
    {
    public:

        [...]

        friend std::ostream& operator<< (std::ostream& stream, const Matrix& matrix);
    }
}

以及“实施”：

using namespace Math;

std::ostream& Matrix::operator <<(std::ostream& stream, const Matrix& matrix) {

    [...]

}

这是编译器给出的错误：

matrix.cpp:459: 错误: 'std::ostream& 数学::矩阵::运算符

我对这个错误有点困惑，但是在这 6 个月里做了很多 Java 之后，我的 C++ 又变得有点生疏了。 :-)

Answer 1

只是告诉你另一种可能性：我喜欢为此使用朋友定义：

namespace Math
{
    class Matrix
    {
    public:

        [...]

        friend std::ostream& operator<< (std::ostream& stream, const Matrix& matrix) {
            [...]
        }
    };
}

该函数将自动定位到周围的命名空间Math（即使它的定义出现在该类的范围内），但除非您使用 Matrix 对象调用 operatorMath::Matrix<TypeA, N>。

Answer 2

您已将函数声明为friend。它不是班级的成员。您应该从实现中删除Matrix::。 friend 表示指定的函数（不是类的成员）可以访问私有成员变量。您实现该功能的方式就像Matrix 类的实例方法，这是错误的。

Answer 3

要添加到 Mehrdad 答案，

namespace Math
{
    class Matrix
    {
       public:

       [...]


    }   
    std::ostream& operator<< (std::ostream& stream, const Math::Matrix& matrix);
}

在你的实现中

std::ostream& operator<<(std::ostream& stream, 
                     const Math::Matrix& matrix) {
    matrix.print(stream); //assuming you define print for matrix 
    return stream;
 }

Answer 4

假设我们正在讨论为从std::ostream 派生的所有类重载operator << 以处理Matrix 类（而不是为Matrix 类重载<<），那么声明头文件中 Math 命名空间之外的重载函数。

仅当功能无法通过公共接口实现时才使用朋友功能。

Matrix.h

namespace Math { 
    class Matrix { 
        //...
    };  
}
std::ostream& operator<<(std::ostream&, const Math::Matrix&);

请注意，运算符重载是在命名空间之外声明的。

Matrix.cpp

using namespace Math;
using namespace std;

ostream& operator<< (ostream& os, const Matrix& obj) {
    os << obj.getXYZ() << obj.getABC() << '\n';
    return os;
}

另一方面，如果您的重载函数确实需要成为朋友，即需要访问私有成员和受保护成员。

数学.h

namespace Math {
    class Matrix {
        public:
            friend std::ostream& operator<<(std::ostream&, const Matrix&);
    };
}

您需要用命名空间块而不是 using namespace Math; 来封装函数定义。

Matrix.cpp

using namespace Math;
using namespace std;

namespace Math {
    ostream& operator<<(ostream& os, const Matrix& obj) {
        os << obj.XYZ << obj.ABC << '\n';
        return os;
    }                 
}

Answer 5

在 C++14 中，您可以使用以下模板打印任何具有 T::print(std::ostream&)const; 的对象会员。

template<class T>
auto operator<<(std::ostream& os, T const & t) -> decltype(t.print(os), os) 
{ 
    t.print(os); 
    return os; 
} 

在 C++20 中可以使用概念。

template<typename T>
concept Printable = requires(std::ostream& os, T const & t) {
    { t.print(os) };
};

template<Printable T>
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const T& t) { 
    t.print(os); 
    return os; 
} 

Answer 6

我想通过一个重载<< 以打印数组的示例来简化这一点。

1. 首先在<< 运算符周围传递这两种对象类型
2. 创建一个函数来重载运算符，如下所示。

#include<iostream> 
using namespace std;

void operator<<(ostream& os, int arr[]) {
    for (int i = 0;i < 10;i++) {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl; 
}
    
int main() {
    int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    cout << arr;
}

如果还需要级联运算符，请确保返回 cout 对象 在重载函数中如下，

#include<iostream> 
using namespace std;

ostream& operator<<(ostream& os, int arr[]) {
    for (int i = 0;i < 10;i++) {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl; 
    return os;
}
    
int main() {
    int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    int arr2[10] = { 11,22,33,44,55,66,77,88,99,100 };
    // cascading of operators
    cout << arr << arr2;
}