Как я могу сделать ссылку ostream на ofstream? (С++)

Во-первых, вы не можете повторно привязать ссылки после их создания, вы можете только инициализировать их. Вы можете подумать, что можете сделать это:

Log(std::string filename) : os(std::ofstream(filename)) {
    if (!os.is_open())
        // do errorry things
}

Но это нехорошо, потому что вы заставляете os ссылаться на временную переменную.

Когда вам нужна ссылка, которая должна быть необязательна, то есть иногда она должна ссылаться на что-то, а не на что-то другое, вам действительно нужен указатель:

class Log {
private:
    std::ostream* os;
    bool dynamic;
public:
    Log(std::ostream& os = std::cout): os(&os), dynamic(false) { }
    Log(std::string filename) : dynamic(true) {
        std::ofstream* ofs = new std::ofstream(filename);

        if (!ofs->is_open())
            // do errorry things and deallocate ofs if necessary

        os = ofs;
    }

    ~Log() { if (dynamic) delete os; }
};

Приведенный выше пример просто показывает вам, что происходит, но вы, вероятно, захотите управлять им с помощью интеллектуального указателя. Как указывает Бен Фойгт, существует множество подводных камней, которые могут привести к непредвиденному и нежелательному поведению вашей программы; например, когда вы пытаетесь сделать копию вышеприведенного класса, это приведет к провалу. Вот пример вышеизложенного с использованием интеллектуальных указателей:

class Log {
private:
    std::unique_ptr<std::ostream, std::function<void(std::ostream*)>> os;
public:
    Log(std::ostream& os = std::cout): os(&os, [](ostream*){}) { }

    Log(std::string filename) : os(new std::ofstream(filename), std::default_delete<std::ostream>()) {
        if (!dynamic_cast<std::ofstream&>(*os).is_open())
            // do errorry things and don't have to deallocate os
    }
};

Необычный os(&os, [](ostream*){}) заставляет указатель указывать на данный ostream&, но ничего не делает, когда он выходит за пределы области видимости; он дает ему функцию удаления, которая ничего не делает. Вы можете сделать это и без лямбда-выражений, просто для этого примера это проще.

Самое простое, что нужно сделать, это просто привязать свою ссылку к ofstream и убедиться, что ofstream живет так же долго, как ваш объект:

class Log
{
    std::ofstream byname;
    std::ostream& os;
public:
    Log(std::ostream& stream = std::cout) : byname(), os(stream) { }
    Log(std::string filename) : byname(filename), os(this->byname)
    {
        if (!os)
            // handle errors
    }
};

Безопасны для исключений, не могут протекать, а специальные функции-члены, сгенерированные компилятором, в порядке.

В моем классе Log/Debug я считаю полезным создать статическую переменную-член:

class debug {
  public:
    ...

    // Overload operator() for printing values.
    template<class Type1>
      inline debug&
      operator()(const std::string& name1,
                 const Type1& value1)
      {
        // Prettify the name/value someway in another inline function.
        _stream << print_value(name1, value1) << std::endl;

        return *this;
      }

  private:
    ...
    static std::ostream& _stream;
};

А затем в моем файле debug.cc:

std::ostream& debug::_stream = std::cerr;

Вы должны инициализировать os в списке инициализации в конструкторах, точно так же, как вы делали это в Log(std::ostream& os = std::cout): os_(os) { }, потому что os является ссылкой, которая не может быть назначена после инициализации.