面试题：C++ 流运算符重载的常见限制及简单解决方案

Question

在C++中，简述流运算符（如 << 和 >>）重载的常见限制有哪些，并针对其中一个限制给出简单的解决方案。

Answer 1

常见限制

1. 只能重载为非成员函数：因为 << 和 >> 运算符的左侧操作数通常是流对象（如 std::cout 或 std::cin），而流对象属于标准库，不能在标准库类上直接添加成员函数。如果重载为成员函数，语法就会变成 streamObject.operator<<(data)，这不符合习惯的流操作语法 streamObject << data。
2. 不能改变运算符的优先级和结合性：C++ 规定了运算符的优先级和结合性，重载运算符时不能改变这些特性。例如，<< 运算符本身的优先级和结合性是从左到右，重载后依然如此。
3. 参数个数限制：对于二元运算符（如 << 和 >>），重载函数必须有两个参数，第一个参数通常是流对象的引用，第二个参数是要输出或输入的数据类型。不能随意改变参数个数以适配特定需求。

针对“只能重载为非成员函数”限制的解决方案

可以通过友元函数来解决这个问题。友元函数虽然不是类的成员函数，但它可以访问类的私有和保护成员。以下是一个简单示例：

#include <iostream>

class MyClass {
private:
    int value;
public:
    MyClass(int v) : value(v) {}

    // 声明 << 运算符重载为友元函数
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const MyClass& obj);
};

// 定义 << 运算符重载
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const MyClass& obj) {
    os << "MyClass value: " << obj.value;
    return os;
}

int main() {
    MyClass obj(42);
    std::cout << obj << std::endl;
    return 0;
}

在上述代码中，operator<< 被声明为 MyClass 的友元函数，这样它就能访问 MyClass 的私有成员 value，同时满足了流运算符重载为非成员函数的要求。