【C++】自作クラスを入出力ストリーム (ostream/istream) に対応させる方法

2025年9月4日

はじめに

C++では、cout（コンソール出力）や cin（コンソール入力）だけでなく、ofstream（ファイル出力）や stringstream（文字列ストリーム）など、様々な種類の「ストリーム」が提供されています。これらは全て、ostream（出力ストリーム）とistream（入力ストリーム）という、共通の基本クラスから派生しています。

ストリーム挿入・抽出演算子 (<<, >>) を、この基本クラスに対してオーバーロードすることで、自作したクラスや構造体を、cout だけでなく、ファイルや文字列といった、あらゆるストリームで統一的に、かつ直感的に扱えるようになります。

この記事では、この汎用的な入出力演算子のオーバーロード方法を解説します。

入出力演算子をオーバーロードするサンプルコード

このコードは、Vector2D という2次元ベクトルを表す構造体を定義し、そのための operator<< と operator>> を実装します。そして、そのオーバーロードした演算子が、コンソール、ファイル、文字列ストリームの全てで機能することを示します。

完成コード

#include <iostream>
#include <fstream>   // ファイルストリーム
#include <sstream>   // 文字列ストリーム
#include <string>

using namespace std;

struct Vector2D {
    double x = 0.0;
    double y = 0.0;
};

// --- 1. 出力演算子(<<)のオーバーロード ---
//    第1引数で、特定のcoutではなく、汎用的なostream&を受け取る
ostream& operator<<(ostream& os, const Vector2D& v) {
    os << v.x << " " << v.y; // 例: "1.5 3.2" のように出力
    return os;
}

// --- 2. 入力演算子(>>)のオーバーロード ---
//    第1引数で、特定のcinではなく、汎用的なistream&を受け取る
istream& operator>>(istream& is, Vector2D& v) {
    is >> v.x >> v.y;
    return is;
}

int main() {
    Vector2D p1 = {1.5, 3.2};
    Vector2D p2;

    // --- a. コンソールでの利用 (cout, cin) ---
    cout << "コンソール出力: " << p1 << endl;
    
    // --- b. 文字列ストリームでの利用 (stringstream) ---
    stringstream ss;
    ss << p1; // Vector2Dオブジェクトを文字列ストリームに出力
    ss >> p2; // 文字列ストリームからVector2Dオブジェクトに入力
    cout << "文字列ストリーム経由: " << p2 << endl;
    
    // --- c. ファイルストリームでの利用 (fstream) ---
    ofstream ofs("vector_data.txt");
    ofs << p1; // ファイルに書き出し
    ofs.close();
    
    ifstream ifs("vector_data.txt");
    ifs >> p2; // ファイルから読み込み
    ifs.close();
    cout << "ファイルストリーム経由: " << p2 << endl;
    
    return 0;
}

コードの解説

`ostream& operator<<(ostream& os, const Vector2D& v)`

ostream& os: この関数の第1引数は、coutに限定されません。ostreamクラスから派生したあらゆる出力ストリームオブジェクトへの参照を受け取ることができます。cout も ofstream も stringstream も、全てこの ostream の一種です。
return os;: cout << a << b; のように出力を連鎖させるために、受け取ったストリームオブジェクトへの参照をそのまま返します。