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[四、为什么 cout 不能直接输出 Date 对象？](#四、为什么 cout 不能直接输出 Date 对象？)
[五、operator<< 为什么通常写成全局函数？](#五、operator<< 为什么通常写成全局函数？)
[六、operator<< 为什么要声明为友元？](#六、operator<< 为什么要声明为友元？)
[七、operator<< 为什么返回 ostream&？](#七、operator<< 为什么返回 ostream&？)
[八、operator>> 运算符重载](#八、operator>> 运算符重载)
[九、cout 为什么会识别不同类型？](#九、cout 为什么会识别不同类型？)
一、为什么需要友元函数？
在C++中，类的私有成员只能在类内部访问。
例如：
cpp
class Date {
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};如果在另外一个类写普通函数：
cpp
void PrintDate(const Date& d) {
cout << d._year << endl; // 错误
}这段代码会报错，因为 _year 是私有成员，类外不能直接访问。
如果确实需要让某个类外函数访问私有成员，可以使用 友元函数。
二、友元函数的写法
友元函数使用 friend 关键字声明。
cpp
class Date {
public:
Date(int year = 2024, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
}
friend void PrintDate(const Date& d);
private:
int _year;
int _month;
int _day;
}; 类外实现：
cpp
void PrintDate(const Date& d) {
cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
}这样 PrintDate 就可以直接访问 Date 类中的私有成员了。
需要注意：
友元函数不是类的成员函数，只是被允许访问这个类的私有成员。
所以调用仍然是普通调用：
cpp
Date d(2024, 5, 1);
PrintDate(d);而不是：
cpp
d.PrintDate(); //错误三、友元函数的特点
友元函数有几个特点：
cpp
1. 友元函数不只是类中的函数；
2. 友元函数可以直接访问类的私有成员；
3. friend声明可以写在 public、private、protected 任意位置；
4. 友元函数只对当前类有效；
5. 友元函数会突破封装，不能滥用。一般情况下能写成成员函数，就优先写成成员函数。
只有实在不适合写成成员函数时，再考虑友元。
四、为什么 cout 不能直接输出 Date 对象？
对于内置类型， cout 可以直接输出：
cpp
int a = 10;
double d = 3.14;
cout << a << d << endl;但是对于自定义类型：
cpp
Date d(2024, 5, 1);
cout << d << endl;编译器不知道一个 Date 对象应该怎么输出。
也不知道输出格式是：
cpp
2024-5-1还是：
cpp
2024/5/1所以我们要重载自己的输出运算符 operator<< 。
五、operator<< 为什么通常写成全局函数？
如果把 operator<< 写成成员函数，左操作数默认就是 this。
例如成员函数时形式会变成：
cpp
d.operator<<(cout);这样调用时可能要写成：
cpp
d << cout;这显然不符合我们的使用习惯。
我们想要的是：
cpp
cout << d;左边是 cout ，右边是 Date 对象。
所以 operator<< 通常写成全局函数：
cpp
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);其中：
cpp
out 表示输出流对象，例如 cout
d 表示要输出的 Date 对象六、operator<< 为什么要声明为友元？
operator<< 写成全局函数后，他就不是 Date 类的成员函数了。
但是它它需要访问 Date 的私有成员：
cpp
d._year
d._month
d._day所以需要在类中把他声明为友元函数：
cpp
friend ostream& operator(ostream& out, const Date& d);完整代码：
cpp
#include <iostream>
using namespace std;
class Date {
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d) {
out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
}
int main() {
Date d1(2024, 5, 1);
cout << d1;
return 0;
} 运行结果：
cpp
2024-5-1七、operator<< 为什么返回 ostream&？
如果只想输入一次，似乎可以不返回。
但我们平常这样写比较多：
cpp
cout << d << endl;这个表达形式本质上是连续调用：
cpp
operator<<(cout, d) << endl;如果 operator<< 不返回 osteram&，后面就不能继续接 << endl。
所以输出运算符重载要写成：
cpp
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d) {
out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return out;
}返回 out 的引用，才能支持连续输出。
八、operator>> 运算符重载
输入运算符重载和输出运算符重载类似，但是有差别。
首先是在返回值类型上，输入运算符重载是：
cpp
istream&还要注意的是第二个参数是：
cpp
Date& d因为输入时要修改 d 的成员变量。
完整代码：
cpp
#include <iostream>
using namespace std;
class Date {
friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
istream& operator>>(istream& in, Date& d) {
in >> d._year >> d._month >> d._day;
return in;
}
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d) {
out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
}
int main() {
Date d1(2024, 5, 1);
cin >> d1;
cout << d1;
return 0;
}输入：
cpp
2024 5 1输出：
cpp
2024-5-1九、cout 为什么会识别不同类型？
cout 能输出 int、double、char等不同类型，本质上也是函数重载。
例如可以简单理解标准库中已经写好的很多版本：
cpp
ostream& operator<<(ostream& out, int x);
ostream& operator<<(ostream& out, double x);
ostream& operator<<(ostream& out, char ch);
ostream& operator<<(ostream& out, const char* str);当我们写：
cpp
cout << 10;
cout << 3.14;
cout << 'A';编译器会根据右操作数的类型，自动匹配对应的 operator<< 版本。
但是标准库不知道我们的 Date 类型应该怎么输出，所以自定义类型需要自己重载。
十、小结
本篇主要学习了友元函数和输入输出运算符重载。
需要记住：
- 友元函数用 friend 声明；
- 友元函数不是类的成员函数；
- 友元函数可以访问类的私有成员；
- 友元会破坏类的封装，不能滥用；
operator<<通常写成全局函数；operator<<第一个参数是ostream&；operator<<第二个参数一般是const Date&；operator<<返回ostream&，用于支持连续输出；operator>>第一个参数是istream&；operator>>第二个参数是Date&，因为输入会修改对象；cout的类型自动识别，本质上依赖函数重载。
有云函数最经典的应用场景之一，就是配合输入和输出运算符重载，让自定义类型也能像内置类型一样使用 cin 和 cout。