C++ 연산자 재정의 - cout, endl 원리

cout의 원리

• cout은 ostream 타입의 객체
• <<연산자를 각각의 primitive 타입에 대해서 연산자 오버로딩 한 것
  • cout << 5 : cout.operator<<( int )
  • cout << 3.4 : cout.operator<<( double )

ostream 구현

• 모든 primitive 타입에 대해서 operator<<() 연산자 함수 제공
• 연속 출력을 위해서 리턴 값을 자기 자신을 참조 리턴
• 실제 화면 출력 원리
  • 각 OS가 제공하는 시스템 콜 사용
    • Windows : windows API - WriteFile()
    • Linux : Linux system call - write()

#include <cstdio>
using namespace std;

// std::cout 원리 파악을 위한 구현 예제
namespace std
{
    class ostream
    {
    public:
        ostream& operator<<(int n)
        {
            printf("%d", n);
            return *this;
        }
        ostream& operator<<(double d)
        {
            printf("%f", d);
            return *this;
        }
    };
    ostream cout;
}

int main()
{
    cout << 3; // ostream& operator<<(int n) 호출됨
    cout << 3.4; // ostream& operator<<(double d) 호출됨
    cout << 3 << 4; // 자기 자신을 참조로 리턴하므로 연속 출력 가능
}

유니 코드 출력 팁

• cout의 정확한 타입은 ostream이 아닌 basic_ostream 템플릿
  • typedef basic_ostream<char> ostream;
  • typedef basic_ostream<wchar_t> wostream;
• 유니코드 출력
  • ostream cout;
  • wostream wcout;

endl 원리

• endl은 함수
  • cout << endl;
  • endl(cout);
• hex, dec, alpha... 등은 모두 함수
  • 입출력 조정자 함수(i/o manipulator)
• 사용자가 직접 만들 수 있음
  • tab 예제

#include <cstdio>
using namespace std;

namespace std
{
    class ostream
    {
    public:
        ostream& operator<<(int n)
        {
            printf("%d", n);
            return *this;
        }
        ostream& operator<<(double d)
        {
            printf("%f", d);
            return *this;
        }
        ostream& operator<<(char c) // os << '\n'; 지원 위한 연산자
        {
            printf("%c", c);
            return *this;
        }
        ostream& operator<<(ostream& (*f)(ostream&)) // endl 함수 포인터를 담기 위한 연산자
        {
            f(*this); // endl 함수에 자신의 객체 참조 전달
            return *this;
        }
    };
    ostream cout;

    ostream& endl(ostream& os) // 개행
    {
        os << '\n';
        return os;
    }
    
    ostream& tab(ostream& os) // 탭 예제
    {
        os << '\t';
        return os;
    }    
    
}

int main()
{
    cout << 3 << endl; // cout.operator<<( 함수 포인터 )
    cout << 3 << tab << endl; // cout.operator<<( 함수 포인터 )
}

cout 사용자 정의 객체 출력

• operator<<() 연산자를 일반 함수로 제공하면 가능

class Complex
{
    int re, im;
public:
    Complex(int r = 0, int i = 0) : re(r), im(i) {}

    friend std::ostream& operator<<(std::ostream&, const Complex&);
};

// ostream의 연산자는 상수 함수가 아니므로 접근을 위해 const 객체를 사용하지 않음
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Complex& c)
{
    os << c.re << "," << c.im; // 사용자 정의 객체의 멤버 데이터를 개별 출력
    return os;
}

int main()
{
    Complex c(1, 1);

    std::cout << c; // cout으로 사용자 정의 객체 출력
}