如何在C++中为数组重载运算符<<？

Question

我正在尝试这样做：

template <typename T>
ostream &operator<<(ostream &os, T &arr)
{ /*...*/ }

但是，T能够代表一个数组吗？重载<<运算符来操作数组是正确的吗？

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编辑：

根据Kerrek SB的建议，这是我的<<实现：

template <typename T, unsigned int N>
ostream &operator<<(ostream &os, const T (&arr)[N])
{
    int i;
    for(i = 0; i < N; i++)
        os << arr[i] << " ";
    os << endl;
    return os;
}

我的实现是否正确？我遇到了编译错误。

- Alcott

Answer 1

你可以这样做：

template <typename T, unsigned int N>
std::ostream & operator<<(std::ostream & os, const T (&arr)[N])
{
  // ..
  return os;
}

当然，这仅适用于编译时数组。请注意，您不允许在T为内置类型或std命名空间中的类型时实例化此模板！

如果可能的话，最好将此函数设为内联函数，因为每个N都会引起一个单独的实例化。（漂亮的打印机有一个示例。）

但是您会注意到，通用模板引入了歧义，因为os << "Hello"现在有两个可能的重载：匹配const char (&)[6]的模板和（非模板）衰减为指针const char *的重载，它们都具有相同的转换序列。我们可以通过禁用char数组的重载来解决这个问题：

#include <ostream>
#include <type_traits>

template <typename T, unsigned int N>
typename std::enable_if<!std::is_same<T, char>::value, std::ostream &>::type
operator<<(std::ostream & os, const T (&arr)[N])
{
  // ..
  return os;
}

事实上，为了更加通用，您还可以将basic_ostream参数作为模板参数：

template <typename T, unsigned int N, typename CTy, typename CTr>
typename std::enable_if<!std::is_same<T, char>::value,
                        std::basic_ostream<CTy, CTr> &>::type
operator<<(std::basic_ostream<CTy, CTr> & os, const T (&arr)[N])
{
  // ..
  return os;
}

鉴于 T 必须是用户定义的类型，你甚至可以将 is_same<T, char> 替换为 is_fundamental<T> 以进行更多检查（但用户仍不得将其用于标准库类型的数组）。

- Kerrek SB

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明白了。使用这个 operator<< 有两个模板参数，我该如何指定第二个参数 N？显然我不能简单地使用 "cout << ar;"，对吗？ - Alcott

让模板更具体化？抱歉，我不太明白你的意思。为什么我的实现是含糊不清的？ - Alcott

@Alcott：假设你有自己的模板 Foo<T>。那么你可以只为这些数组重载：template <typename T, int N> ... (..., const Foo<T> (&arr)[N])。这样就不会与字符串字面值发生冲突了。 - Kerrek SB

这个答案是错误的：https://dev59.com/nl0Z5IYBdhLWcg3wvCSd - Anmol Singh Jaggi

这种做法不能与spdlog一起使用，因为它消耗了这些流操作符。一个快速而不太优雅的解决方法是明确地使用stringstream。 - Steven Lu

Answer 2

你可以用以下方式之一来实现此操作：

另一种方法是采用以下方式：

template<typename T>
ostream& operator<<(ostream &out, const std::pair<T, int>& array)
{
    //...code
    return out;
}

这里的 T 将会接收一个数组指针（也就是说，它将是数组衰减成的指针类型），而这个二元组中的 int 将会是数组的大小。你可以像下面这样使用它：

int array[10];
//...some code that initializes array, etc.

cout << make_pair(array, 10);

这种方法的一个优点是它也适用于动态数组（即在堆上分配的数组等）

- Jason

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我有一种非常微弱的感觉，如果你的“T”不是用户定义的类型，那么在这里使用ADL可能会让你陷入麻烦，尽管我不能确定。 - Kerrek SB

我使用内置类型，如 int 进行了测试...似乎工作得很好...我想不出这会与 ADL 规则冲突的原因。如果你有一个 std::pair<T, U> 对象，那么模板应该能够推断出类型 T，并拒绝任何使用 U 不是 int 类型的 std::pair<T, U> 实例化。 - Jason