C++の演算子オーバーロードでvector・map・pairの中身を簡単に出力する方法

本記事では、C++の演算子オーバーロードを活用して、vector・map・pair の中身を std::cout で手軽に出力する方法を解説します。

演算子オーバーロードとは、既存の演算子に対してユーザー定義型向けの動作を定義できるC++の機能です。これにより、組み込み型と同じような自然な記述でオブジェクトを扱えるようになります。特にストリーム出力に使う << 演算子をオーバーロードしておけば、コンテナの中身を1行のコードで整形して表示でき、デバッグ作業が格段に楽になります。

実装例

1. vector の内容を出力する

テンプレート関数として operator<< を定義すれば、任意の要素型を持つ vector に対応できます。以下の例では、要素を角括弧で囲み、カンマ区切りで出力しています。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

template <typename T>
ostream& operator<<(ostream& os, const vector<T>& v) {
    os << "[";
    for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {
        os << v[i];
        if (i != v.size() - 1)
            os << ", ";
    }
    os << "]\n";
    return os;
}

int main() {
    vector<int> vec{ 4, 2, 17, 11, 15 };
    cout << vec;
    return 0;
}

実行結果：

[4, 2, 17, 11, 15]

2. map の内容を出力する

map はキーと値のペアを保持するコンテナです。範囲ベースfor文で各要素を走査し、first（キー）と second（値）を「キー : 値」の形式で出力します。

#include <iostream>
#include <map>
using namespace std;

template <typename T, typename S>
ostream& operator<<(ostream& os, const map<T, S>& v) {
    for (auto it : v)
        os << it.first << " : "
           << it.second << "\n";
    return os;
}

int main() {
    map<char, int> mp;
    mp['b'] = 3;
    mp['d'] = 5;
    mp['a'] = 2;
    cout << mp;
}

実行結果：

a : 2
b : 3
d : 5

map はキーの昇順で自動的にソートされるため、挿入順序に関係なく a → b → d の順に出力されている点にも注目してください。

3. pair の内容を出力する

pair は first と second の2つのメンバを持つため、それらを丸括弧で囲んで出力します。

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T, typename S>
ostream& operator<<(ostream& os, const pair<T, S>& v) {
    os << "(";
    os << v.first << ", "
       << v.second << ")";
    return os;
}

int main() {
    pair<int, int> pi{ 45, 7 };
    cout << pi;
    return 0;
}

実行結果：

(45, 7)

まとめ

operator<< をテンプレート関数としてオーバーロードすれば、vector・map・pair といった標準コンテナの中身を、cout << obj; のように直感的な構文で出力できます。競技プログラミングやデバッグ時に非常に便利なテクニックなので、ぜひ活用してみてください。