在C++中，经常会对输入输出运算符进行重载，而在重载的时候用到了友元（Friends）和引用返回（Returning References），这里对为什么会这么用发表一些思考。
比如，下面的类是一个简单的Student类，其中重载了<<和>>。
//
// Created by lgl on 17-3-14.
//
#include <iostream>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
class Student{
string name;
int age;
string country;
public:
Student(){}
Student(string name, int age, string country){
this->name = name;
this->age = age;
this->country = country;
}
friend ostream &operator << (ostream &os, const Student &stu){
os << "Name: " << stu.name <<
"; Age: " << stu.age << "; Country: " << stu.country << ".";
return os;
}
friend istream &operator >> (istream &is, Student &stu){
is >> stu.name >> stu.age >> stu.country;
return is;
}
};
int main()
{
Student s("xiaoMing", 15, "China");
Student t;
cin >> t;
cout << s << endl;
cout << t << endl;
return 0;
}运行：
输入：
xiaoQiang 78 Earth
输出：
Name: xiaoMing; Age: 15; Country: China.
Name: xiaoQiang; Age: 78; Country: Earth.返回引用
先说一下为什么会返回引用。
当函数返回引用类型时，没有复制返回值，返回的是对象本身，比如：
const string &shorterString(const string &s1,const string &s2)
{
return s1.size() < s2.size() ? s1 : s2;
}这里参数s1和s2均没有发生拷贝，直接传递了引用，而在返回的时候，也直接返回了较短的字符串的引用，整个过程中都没有发生字符串的拷贝，节省了资源，比较高效。
所以对于返回引用，要求必须在函数的参数中，包含有以引用方式或指针方式存在的，需要被返回的参数。如果两个参数都不是引用，则两个参数实际上都是放在函数栈里的局部变量，返回他们的引用类型会造成不可预知的错误（因为函数结束运行时，栈地址被回收了，此时这些地址上的数据可以被其他量覆盖，再次使用这些地址上的数据，已经不是原来的那个值了。）
比如：
int &smallInt(int a, int b)
{
return a < b ? a : b;
}编译时会发出警告警告：函数可能返回局部变量的地址 [-Wreturn-local-addr] return a < b ? a : b;。（但是如果形参是string则不会发出警告，原因应该是string属于字符串常量，储存在只读数据段，return str只是返回了该字符串在只读数据段所在的首地址，当函数退出后，该字符串所在的内存不会被回收，所以是正常的。）
关于这些解释的验证，详情见附1。
关于返回值的问题，具体可以参看函数中局部变量的返回这篇文章，通过几个例子会对返回值和返回引用有更深的理解。
最后，我们再看ostream &operator <<其实就是在返回ostream的引用，所以形参用的也是ostream的引用ostream & os，而之所以用引用是因为如果不使用引用返回，我们就只能使用值返回，值返回需要复制返回的对象，但是我们无法直接复制一个ostream对象（C++ Primer, 5th Edition, p494），所以不能使用值返回，只能使用引用返回。当然，也可以认为<<操作的结果是一个可以递进操作的左值，比如(cout << "haha") << "hehe"，如果是临时对象，就不会有递进操作的能力。
友元
那么为什么要使用友元呢。因为>>和<<的前置对象是cin和cout，不是Student类，所以不能把输入输出操作符设计成Student的类成员，而只能设计成普通函数。但是我们又想让IO运算符读写Student类的非公有数据成员，因此自然用到了友元。
通过上面的介绍，我们也就可以记住：重载输入输出运算符需要返回引用，因此参数也只能是引用。同时需要将函数定义为友元。理解了这些特征，就很容易写出重载函数了。
附1
#include <iostream>
using namespace std;
string &smallString(string a, string b)
{
return a.size() < b.size() ? a : b;
}
int &smallInt(int a, int b)
{
return a < b ? a : b;
}
int main()
{
int &d = smallInt(3, 5);
string &s = smallString("xixi", "hahaha");
cout << d << endl;
cout << s << endl;
return 0;
}函数运行结果为:
32744
xixi再次运行为：
32598
xixi很明显int的值在不停变动。如果我们再增添一个函数doNothing，并在调用smallInt之后进行调用：
#include <iostream>
using namespace std;
string &smallString(string a, string b)
{
return a.size() < b.size() ? a : b;
}
int &smallInt(int a, int b)
{
return a < b ? a : b;
}
void doNothing(int a, int b)
{
a < b ? a : b;
}
int main()
{
int &d = smallInt(3, 5);
string &s = smallString("xixi", "hahaha");
doNothing(44, 55);
cout << d << endl;
cout << s << endl;
return 0;
}则程序稳定输出：
44
xixi即：原来属于3的地址，现在被填上了44。smallInt函数只返回了3所在的地址，后来在调用doNothing的时候，这个地址的内容被44覆盖了，那么输出d的时候，自然就是44。
这很符合之前关于返回引用部分的解释。