面试题：C++ 流运算符重载在复杂类结构中的限制与处理

可能遇到的限制

访问权限问题：嵌套自定义类的私有成员无法直接在重载的 << 运算符函数中访问。如果需要输出私有成员变量的值，直接访问会导致编译错误。
递归输出问题：复杂嵌套结构可能存在递归嵌套情况，比如一个类中包含自身类型的成员或者间接引用自身类型。在重载 << 运算符时，如果处理不当，可能会导致无限递归输出。
格式化复杂度：要实现美观和一致的输出格式化比较困难。例如，如何对齐不同层次嵌套类的输出，如何处理缩进等，需要仔细设计格式化逻辑。

解决方法

使用友元函数解决访问权限问题：
- 在每个嵌套自定义类中，将重载的 << 运算符函数声明为友元函数。这样，<< 运算符函数就可以访问类的私有成员。
- 示例代码：

class InnerClass {
private:
    int privateData;
public:
    InnerClass(int data) : privateData(data) {}
    // 声明友元函数
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const InnerClass& inner);
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const InnerClass& inner) {
    os << "InnerClass: " << inner.privateData;
    return os;
}

处理递归输出问题：
- 可以通过引入一个标志或者使用智能指针来跟踪已经输出过的对象，避免重复输出。
- 例如，使用 std::unordered_set 来存储已经输出过的对象地址。
- 示例代码（简化示意，假设类有唯一标识 getId 函数）：

class OuterClass {
private:
    InnerClass inner;
    OuterClass* nestedOuter;
public:
    OuterClass(int innerData, OuterClass* nested = nullptr) : inner(innerData), nestedOuter(nested) {}
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const OuterClass& outer);
    int getId() const { return reinterpret_cast<int>(this); }
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const OuterClass& outer) {
    static std::unordered_set<int> printed;
    if (printed.find(outer.getId()) != printed.end()) {
        os << "[Recursive reference]";
        return os;
    }
    printed.insert(outer.getId());
    os << "OuterClass: Inner part: " << outer.inner;
    if (outer.nestedOuter) {
        os << ", Nested Outer: " << *outer.nestedOuter;
    }
    printed.erase(outer.getId());
    return os;
}

解决格式化复杂度问题：
- 定义一个格式化策略，可以通过传入参数或者类成员变量来控制缩进等格式化信息。
- 例如，定义一个函数来生成缩进字符串：

std::string getIndent(int level) {
    return std::string(level * 4,'');
}

在重载 << 运算符函数中，根据嵌套层次使用该缩进字符串进行格式化输出。
示例代码：

class ComplexClass {
private:
    InnerClass inner;
    OuterClass outer;
public:
    ComplexClass(int innerData, int outerInnerData, OuterClass* nestedOuter = nullptr) : inner(innerData), outer(outerInnerData, nestedOuter) {}
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const ComplexClass& complex);
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const ComplexClass& complex) {
    int indentLevel = 0;
    os << getIndent(indentLevel) << "ComplexClass:\n";
    indentLevel++;
    os << getIndent(indentLevel) << "Inner part: " << complex.inner << "\n";
    os << getIndent(indentLevel) << "Outer part: " << complex.outer << "\n";
    return os;
}

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