出力演算子をオーバーロードしたとき何が起こってる？実体はどこ？

Question

###　質問概要

C++ の学習をしています。
出力演算子のオーバーロードを行った時、どうやってオーバーロードされたoperator<< が呼び出されているのかわかりません。　

質問詳細

以下に、クラスのヘッダファイル、クラスの実体を表す.cpp ファイル、実行用main.cpp ファイルを示します。

test.hpp

#ifndef DDE06408_CA21_4DBC_98E1_AF82BDCD6003
#define DDE06408_CA21_4DBC_98E1_AF82BDCD6003

#include <string>
#include <iostream>

class test
{
private:
    std::string name;

public:

    test();
    test(std::string name); 
　　 test &operator=(test const &);
    std::string getName();
    ~test();
};

std::ostream &operator<<(std::ostream &os, test &obj);

#endif /* DDE06408_CA21_4DBC_98E1_AF82BDCD6003 */

test.cpp

#include "test.hpp"

test::test(std::string name) : name(name)
{

}

 
test &test::operator=(test const & obj)
{
    this->name = obj.name;
    return (*this);
}

std::string test::getName()
{
    return (name);
}

std::ostream &operator<<(std::ostream &os, test &obj)
{
     os << "My name is " << test.getName() << std::endl;
     return (os);
}

main.cpp

#include "test.hpp"
int main()
{
  test one("TEST");
  test two("TEST2");
  
   std::cout << two; // 実行結果：：My name is TEST2;  
  two.operator=(one); <- これはわかる。testクラスのメンバ関数をよびだしてるから。
  std::cout << one; // 実行結果：：My name is TEST;
  std::cout << two; // 実行結果：：My name is TEST;


}

私が聞きたいことは、main.cpp において、std::ostream &operator<<(std::ostream &os, test &obj); はどうやって呼び出されているのか、とう言うことです。

クラス外に定義してあるのに、演算子のオーバーロードが正しく呼び出されるのはなぜでしょう。

std::ostream &operator<<(std::ostream &os, test &obj); が呼ばれるときは、実際はなにが起こっているのでしょうか？

two.operator=(one) ＜ー＞　two = one　の様に他の表記の仕方もあるんでしょうか？

Answer 1

今回のはただのフリー関数(メンバ関数ではない)の呼び出しと同じです。

void foo() {}
int main()
{
    foo();
}

上の例でfooが呼べたのと同じ理屈です。単にグローバル名前空間から当該関数が探索され、呼び出されます。

---

さて、お示しの例をもうちょっといじってみます。

namespace foo {
class test
{
private:
    std::string name;

public:

    test();
    test(std::string name); 
　　 test &operator=(test const &);
    std::string getName();
    ~test();
};

std::ostream &operator<<(std::ostream &os, test &obj);
}

このときクラスtestはfoo名前空間に所属しています。operator<<も同様です。

にもかかわらず、じつは以下のようなことが可能です。

foo::test one("TEST");
std::cout << one;

これはもうすこしわかりやすい例でいうとこういうことです。

namespace foo {
struct bar {};
void hoge(const bar& b)
{
    std::cout << "bar" << std::endl;
}
}
int main()
{
    hoge(foo::bar{});
}

関数hogeはfoo名前空間にあるのに、呼び出しのときにfoo::hoge(foo::bar{});のようになっていないのはなぜでしょうか。

Argument Dependent Look-upというものがあります。略してADLといいます。

Argument Dependent Lookup | 闇夜のC++

この働きによって呼び出せるわけです。

今回の質問からは外れますが、極めて近い状況なので紹介させていただきました。

Comments

[yoshiki_iwasa]

なるほど！　そうか、グローバル空間から勝手に該当するものを検索して引っ張ってきていたのですね

すごいなぁ　ありがとうございます。
追記で紹介してくださった、ADLの記事も大変参考になりました。確かに、なぜ std 名前空間にある '<<' が生で使えるのか疑問だったのでそれも解消できてよかったです！　

最高っす！