C++ 挿入演算子のオーバーロードの際に、戻り値を参照にする理由

Question

疑問点

詳細はソースを見て頂きたいのですが、ざっと説明いたしますと、演算子や++演算子のオーバーロードの際には、戻り値がクラスで問題ないのに、friend関数を用いて<<演算子をオーバーロードする際に、参照の戻り値にする理由がわかりません。

#include<iostream>
using namespace std;

class Car
{
    private:
        int num;
        double gas;
    public:
        Car( int n = 0, double g = 0 );
        Car( const Car& c );
        void setCar( int n, double g );
        void show();
        //friend ostream operator<<( ostream& out, Car c );  //エラー
        friend ostream& operator<<( ostream& out, Car c );
};

Car::Car( int n, double g )
{
    num = n;
    gas = g;
}

Car::Car( const Car& c )
{
    num = c.num;
    gas = c.gas;
}

void Car::setCar( int n, double g )
{
    num = n;
    gas = g;
}

void Car::show()
{
    cout << "Num: " << num << endl;
    cout << "Gas: " << gas << endl;
}

//ostream operator<<( ostream& out, Car c )
//{
//    out << "num: " << c.num << " gas: " << c.gas << endl;
//    return out;
//}

ostream& operator<<( ostream& out, Car c )
{
    out << "num: " << c.num << " gas: " << c.gas << endl;
    return out;
}

int main()
{
    Car mycar( 1234, 25.5 );

    cout << mycar;
/*
この処理で、挿入演算子がどのように処理されるのかが疑問。
例えば、<<演算子は、operator<<(cout,mycar)という関数を呼び出すことと同じ意味だとするなら
戻り値がostreamクラスの参照となっているので、どこかにその参照が格納されているのかという疑問

どこにも戻り値が格納されていないのならば、&をつけないことで何故エラーが出てしまうのかという疑問
*/

    return 0;
}

コメントで疑問を書いてしまいましたが、ご教授いただければ幸いです。
よろしくお願いします。

Answer 1

こんにちは。

std::ostreamのインスタンスはコピーできません。（I/Oの状態を管理している変数がコピーされると実I/Oと管理領域の値に不整合が発生するので、それを避けるためにこのような設計になっています。）
戻り値を値型にするとreturnする際にコピーされるのでエラーになります。

戻り値がostreamクラスの参照となっているので、どこかにその参照が格納されているのかという疑問

std::coutはグローバル領域に確保されています。
std::ostream ofs("ファイル名");のようにして確保すると、このofsとして確保されていますので、禁忌（ローカル変数として確保したものをポインタや参照で返却するなど）を侵さない限り寿命が不正に尽きることは普通はないです。

Comments

[SorasoSukhavati]

ご回答ありがとうございました。
試しに戻り値をvoidとしてオーバーロードをしてみたところ正しく動きました。
より理解が深まり、とても勉強になりました。

Answer 2

cout << a << b は (cout << a) << b と解釈されます。
なので (cout << a) が ostream& を返さないと 後続する << b ができなくなるです。