C++中重载<<运算符的正确方法是什么？类内定义失效如何解决？

为什么直接写在类public区段无法运行 #

C++中类的非静态成员函数会默认携带第一个隐式参数this指针，指向当前类对象的地址，用于绑定调用该成员函数的对象。
你最初实现的operator<<是Box类的普通成员函数，此时该函数实际接收的参数为3个：隐式的Box* this、ostream& output、const Box& B。而<<是二元运算符，要求仅接收两个操作数：左操作数为输出流对象，右操作数为待输出的Box对象。
这种写法会导致两个问题：

• 编译阶段参数数量不匹配报错
• 就算语法允许，调用时也必须写成Box对象 << cout的反常识形式，完全不符合cout << Box对象的常规使用习惯。

为什么改为友元函数后可以正常运行 #

friend关键字修饰的函数是类的友元函数，它不属于类的成员函数，不会携带隐式的this参数，参数数量就是你显式声明的2个，刚好匹配<<运算符的二元操作数要求：左操作数为输出流ostream&，右操作数为const Box&，符合cout << Box对象的调用逻辑。
同时友元函数拥有类私有/保护成员的访问权限，可以直接读取Box类的私有属性l、b、h，不需要额外写公有的getter接口，实现更简洁。

重载<<用于自定义类的输出，需要遵循以下固定规则：

1. 必须实现为全局函数，不能作为目标类的成员函数：因为左操作数固定是ostream&类型的输出流对象，不可能是自定义类对象，只有全局函数才能让第一个参数为输出流类型。
2. 需要访问类私有成员时，在类内声明为友元：如果输出内容涉及类的私有/保护属性，就将该全局函数在类内加friend声明，获取访问权限。
3. 固定函数签名，返回输出流引用：函数签名统一为ostream& operator<<(ostream& os, const 自定义类& obj)，返回ostream&是为了支持链式调用，比如cout << box1 << " " << box2 << endl;的连续输出写法。
4. 实现时直接写入需要输出的内容后，返回传入的输出流对象即可。

完整实现示例 #

#include <iostream>
using namespace std;

class Box {
private:
    int l, b, h;
public:
    Box(int l = 0, int b = 0, int h = 0) : l(l), b(b), h(h) {}
    // 类内声明友元
    friend ostream& operator<<(ostream& output, const Box& B);
};

// 类外实现重载函数
ostream& operator<<(ostream& output, const Box& B){
    output << B.l << " " << B.b << " " << B.h;
    return output;
}

int main() {
    Box b(1,2,3);
    cout << b << endl; // 正常输出 1 2 3
    return 0;
}

注：友元函数的实现也可以直接写在类定义内部，和你拿到的示例代码写法一致，效果完全相同。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Aditya Bilgundi