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1 目标

C++ 流操作符的优点之一，就是不仅对已有的数据类型支持良好，而且对未知的，用户自定义的数据类型，也能提供良好的支持。

假设我们要用下面的自定义结构，存储密码信息：

struct PasswordInfo
{
    string title; // 标题
    string user_name; // 用户名，通常就是账号
    string password; // 密码
    string memo; // 附加说明
};

那么，我们希望密码数据也可以输出到各种各样的“输出流”，比如屏幕、内存、文件等；反过来也能从各种各样的流读入数据。以输出到文件流为例，假设我们已经有一个 PasswordInfo 的数据，叫 “pi”，又有一个已经打开的输出文件流对象，名为 ofs ，则我们希望能这么写：

   ofs << pi;

即可将数据以我们希望的格式，存到文件中。自然的，如果我们手上拥有的输出流对象是 cout，则我们希望将 ofs 换成 cout，就能将 pi 的信息按照我们需要的格式，输出到屏幕：

  cout << pi;

2 方法

在 C++ 中，想要让自定义类型的数据，能被输出流接受，以及想让它能经输入流实现数据输入，方法就是分别重载 operator << 和 operator >> 。

通过我们通过自由函数，而非自定义类型的成员函数实现输入输出流的重载。其中有一个客观原因：流操作时，第一个入参都是流本身，第二个入参才是自定义类型的对象。如果使用自定义类型的成员函数重载，则第一个入参只能是自定义类型对象本身（即隐藏的 this 指针）。

以下是重载输出流和重载输入流操作函数的原型， T 表示用户自定义类型。

// 输出：
ostream& operator << (ostream& os, T const& v);
//输入：
istream& operator << (istream& is, T& v);

注意几个要点：

如前所述，二者都是自由函数（即：非成员函数）；
二者中用到的 “流” 类型，都是 “抽象流”，这样才能满足重载操作可用于各种具体的输出或输入流；
同样如前所述，第1个入参都是流对象的引用；
第二个入参，是自定义类型的引用，但用于输出时，由于不修改对象内容，所以使用常用引用；而用于输入时，目的就是为了使用来自流的外部数据设置对象内容，所以使用引用；
返回值都是流对象的引用，即第1个入参。

第5点我们解释下，输出一个数据之后，继续返回流对象，才能实现C++输入输出流典型的“级联”操作，比如：

T t;
cout << t << "\n 输出完毕" << endl;

其中的 cout << t ，即调用了： “ostream& operator << (ostream& os, T const& v)”，该函数在本例中，返回的正是 cout ，于是才能有后续的 “ cout << “\n 输出完毕” ”。同时，后者又返回 cout ，于是才能继续有 “ cout << endl ” 的操作。

3 代码

3.1 演进1

ostream& operator << (ostream& os, PasswordInfo const& pi)
{
    os << pi.title << pi.user_name << pi.password << pi.memo;
    return os;
}

3.2 演进2

ostream& operator << (ostream& os, PasswordInfo const& pi)
{
    os << pi.title << '\n' 
	<< pi.user_name << '\n'
        << pi.password << '\n'
        << pi.memo;

    return os;
}

3.3 最终版本完整代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <fstream> // 文件流 （包含输入文件、输出文件流）

using namespace std;

struct PasswordInfo
{
    string title; // 标题
    string user_name; // 用户名，通常就是账号
    string password; // 密码
    string memo; // 附加说明
};

void write_string(ostream& os, string const& str)
{
    os << str.length() << '\n'; // 单独一行输出字符串长度
    os << str << '\n';  // 为了美观，以换行符结束
}

void read_string(istream& is, string& str)
{
    size_t len;
    is >> len;
    is.ignore(); // 跳过数字后面的 换行符

    if (len > 0)
    {
        char *buf = new char[len];
        is.read(buf, len);
        str = string(buf, len);
        delete [] buf;
    }

    is.ignore(); // 跳过最后为了美观的换行符
}

// 为 PasswordInfo 类型 重载 << 操作符
// （相当于让 << 操作符 “认识” PasswordInfo 类型）
ostream& operator << (ostream& os, PasswordInfo const& pi)
{
    write_string(os, pi.title);
    write_string(os, pi.user_name);
    write_string(os, pi.password);
    write_string(os, pi.memo);

    return os;
}

// 为 PasswordInfo 类型 重载 >> 操作符
// （相当于让 >> 操作符 “认识” PasswordInfo 类型）
istream& operator >> (istream& is, PasswordInfo& pi)
{
    read_string(is, pi.title);
    read_string(is, pi.user_name);
    read_string(is, pi.password);
    read_string(is, pi.memo);

    return is;
}

int main()
{
    PasswordInfo pi1, pi2;
    pi1.title = "QQ\n(常用)";
    pi1.user_name = "13788889999";
    pi1.password = "ilovexxx";
    pi1.memo = "2000年申请的\n（内有女神Q号）";

    pi2.title = "工商银行";
    pi2.user_name = "6800911111223";
    pi2.password = "200101019999";
    pi2.memo = "余额2个亿\n（千万别泄露！）";

    char const* fn = "passwords.txt";

    ofstream ofs(fn);
    ofs << pi1 << pi2;
    ofs.close();


    PasswordInfo piA, piB;

    ifstream ifs(fn);
    ifs >> piA >> piB;
    ifs.close();

    cout << piA << "\n~~~~~~~~~~~~~~~~\n" << piB << endl;

    return 0;
}

再次提醒：本例程仅为演示使用，千万不要把真实的密码数据以如此形式存储到磁盘文件。