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引言
在 C++ 编程中，当我们自定义数据类型时，为了让其能像内置类型一样方便地进行输入输出操作，常常需要重载输入输出操作符。本文将以日期类 Date 为例，深入探讨 operator<< （输出流操作符）和 operator>> （输入流操作符）的重载实现。
预备知识
在开始实现之前，我们需要先了解一些基本概念。在 C++ 中， iostream 库提供了 istream （输入流）和 ostream （输出流）类，分别用于处理输入和输出操作。我们重载操作符就是为了让自定义的 Date 类能够与这些流对象协同工作。
假设我们已经有了一个简单的 Date 类定义，它包含年、月、日三个私有成员变量，并且有相应的访问函数（如 GetYear 、 GetMonth 、 GetDay 等）以及一个获取指定年月天数的函数 GetMonthDay 。
输出流操作符 operator<< 重载
为什么要返回 ostream&
输出流操作符重载函数一般返回 ostream& 类型，这是为了支持连续输出。例如，我们希望能够像 cout << date1 << date2; 这样连续输出多个日期对象，就需要返回流对象本身。
实现代码
cpp
#include <iostream>
#include <cassert>
using namespace std;
class Date {
private:
int _year;
int _month;
int _day;
// 获取指定年月的天数
int GetMonthDay(int year, int month) {
static int days[13] = { 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };
if ((year % 4 == 0 && year % 100!= 0) || (year % 400 == 0)) {
days[2] = 29;
}
return days[month];
}
public:
// 其他成员函数省略
// 声明输出流操作符重载函数为友元函数，这样它就能访问Date类的私有成员
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
};
// 输出流操作符重载函数定义
// 功能是将Date对象的日期信息按照“年-月-日”的格式输出到输出流out中
// 并返回输出流对象out以支持连续输出
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d) {
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日";
return out;
}
代码解释
在上述代码中，我们将 operator<< 定义为 Date 类的友元函数，这样它就能访问 Date 类的私有成员。函数内部，我们按照 “年 - 月 - 日” 的格式将日期信息输出到流对象 out 中，最后返回 out 以支持连续输出。
输入流操作符 operator>> 重载
实现思路
输入流操作符重载函数需要从输入流中读取年、月、日信息，并对输入的日期进行合法性检查。如果输入的日期不合法，需要给出相应提示并终止程序（这里使用 assert 来简单处理，实际应用中可以有更优雅的错误处理方式）。
实现代码
cpp
// 输入流操作符重载函数定义
// 功能是从输入流in中读取年、月、日信息，对日期合法性进行检查
// 若合法则赋值给Date对象d，若不合法则输出错误信息并终止程序
// 最后返回输入流对象in以支持连续输入（虽然实际中连续输入日期场景较少，但这是规范写法）
istream& operator>>(istream& in, Date& d) {
int year, month, day;
// 从输入流in中读取年、月、日信息到临时变量中
in >> year >> month >> day;
// 检查输入日期的合法性
if (month > 0 && month < 13 && day > 0 && day <= d.GetMonthDay(year, month)) {
d._year = year;
d._month = month;
d._day = day;
}
else {
// 若日期不合法，向标准错误流cerr输出错误提示信息
cerr << "非法日期" << endl;
// 使用assert(false)终止程序
assert(false);
}
return in;
}
代码解释
函数首先从输入流 in 中读取年、月、日信息到临时变量 year 、 month 、 day 中。然后通过条件判断检查输入日期的合法性，若合法则将读取到的值赋给 Date 对象的成员变量；若不合法，向标准错误流 cerr 输出错误提示信息 “非法日期”，并使用 assert(false) 终止程序。最后返回输入流对象 in ，以支持连续输入（虽然实际中连续输入日期的场景较少，但这是规范写法）。
测试代码
cpp
int main() {
Date date;
// 提示用户输入日期
cout << "请输入日期（格式：年 月 日）: ";
// 使用重载后的operator>>从标准输入读取日期信息到Date对象date中
cin >> date;
// 使用重载后的operator<<将输入的日期输出到标准输出
cout << "您输入的日期是: " << date << endl;
return 0;
}
在 main 函数中，我们先提示用户输入日期，然后使用重载后的 operator>> 从标准输入读取日期信息到 Date 对象 date 中，最后使用重载后的 operator<< 将输入的日期输出到标准输出。
总结
通过重载输入输出操作符，我们让自定义的 Date 类在输入输出操作上具有和内置类型相似的便利性。在实际项目中，这种操作符重载的技巧可以应用到各种自定义数据类型上，极大地提高代码的可读性和易用性。同时，在实现过程中要注意错误处理和代码的健壮性，以便在不同的输入情况下都能正确运行。