朋友和成员二元运算符的消歧

Question

考虑以下带有二元运算符的 class（我使用 operator+ 作为示例）。

struct B{};

template<class>
struct A{
    template<class BB>
    void operator+(BB const&) const{std::cout<<"member"<<std::endl;}
    template<class BB>
    friend void operator+(BB const&, A const&){std::cout<<"friend"<<std::endl;}
};

我可以用两种不同的类型调用这个二元运算符：

A<int> a;
B b;
a + b; // member
b + a; // friend

然后当我尝试在两边使用 A (a + a) 时，会发生很多奇怪的事情。三个编译器对相同的代码给出不同的答案。

一些上下文：我不想定义 void operator+(A const&)，因为如果某些语法不起作用，我需要一个 SFINAE 函数模板。我也不想要 template<class BB, class AA> friend void operator(BB const&, AA const&)。因为A是一个模板，不同的实例化会产生同一个模板的多个定义。

继续原代码：

奇怪的事情#1:在gcc中，朋友优先：

a + a; // prints friend in gcc

我希望成员优先，有没有办法让成员优先gcc？

奇怪的事情#2：在 clang 中，这段代码无法编译：

a + a; // use of overload is ambiguous

这已经指出了 gcc 和 clang 之间的不一致，谁是对的？ 什么是 clang 的解决方法，使其像 gcc 一样工作？

如果我尝试在争论中更加贪婪，例如要应用一些优化，我可以使用转发引用：

struct A{
    template<class BB>
    void operator+(BB&&) const{std::cout<<"member"<<std::endl;}
    template<class BB>
    friend void operator+(BB&&, A const&){std::cout<<"friend"<<std::endl;}
};

奇怪的事情 #3: 使用转发引用在 gcc 中给出警告，

a + a; // print "friend", but gives "warning: ISO C++ says that these are ambiguous, even though the worst conversion for the first is better than the worst conversion for the second:"

但仍然可以编译，我如何在 gcc 或解决方法中消除此警告？ 就像情况 # 1 一样，我希望更喜欢成员函数，但在这里它更喜欢朋友函数 and 发出警告。

奇怪的事 #4: 使用转发引用在 clang 中出现错误。

a + a; // error: use of overloaded operator '+' is ambiguous (with operand types 'A' and 'A')

这再次指出 gcc 和 clang 之间的不一致，在这种情况下谁是对的？

总而言之，我正在努力使这段代码始终如一地工作。我真的希望函数被注入友元函数（不是免费的友元函数）。我不想定义一个具有相同非模板参数的函数，因为不同的实例化会产生相同函数的重复声明。

这里是完整的代码：

#include<iostream>
using std::cout;
struct B{};

template<class>
struct A{
    template<class BB>
    void operator+(BB const& /*or BB&&*/) const{cout<<"member\n";}
    template<class BB>
    friend void operator+(BB const& /*or BB const&*/, A const&){cout<<"friend\n";}
};

int main(){
    A<int> a;      //previos version of the question had a typo here: A a;
    B b;
    a + b; // calls member
    b + a; // class friend
    a + a; // surprising result (friend) or warning in gcc, hard error in clang, MSVC gives `member` (see below)

    A<double> a2; // just to instantiate another template
}

注意：我正在使用 clang version 6.0.1 和 g++ (GCC) 8.1.1 20180712。根据 Francis Cugler 的说法，MSVS 2017 CE 给出了不同的行为。

我找到了一个解决方法，可以为 clang 和 gcc（对于 MSVS？）做正确的事情（打印 'member' for a+a case），但是它需要很多样板和一个人工基地class:

template<class T>
struct A_base{
    template<class BB>
    friend void operator+(BB const&, A_base<T> const&){std::cout<<"friend"<<std::endl;}
};

template<class T>
struct A : A_base<T>{
    template<class BB>
    void operator+(BB const&) const{std::cout<<"member"<<std::endl;}
};

但是，如果我将 BB const& 替换为 BB&&，它仍然会发出模棱两可的调用。

Answer 1

我去运行你在 Visual Studio 2017 CE 中的代码为：

int main(){
    A<int> a;
    B b;
    a + b; // calls member
    b + a; // class friend
    a + a; // surprising result or warning in gcc, hard error in clang
}

并且 Visual Studio 编译没有错误，并且运行成功且没有警告，当程序返回时它以代码 (0) 退出，输出如下：

member
friend
member

我用 float、double、char 试过了，得到了相同的结果。

作为额外的测试，我在上面的模板 class 之后添加了这个：

/* your code here */

struct C {};

int main() {
    A<C> a;
    B b;
    a + b;
    b + a;
    a + a;

    return 0;
}

结果还是一样。

至于你的问题的后半部分与 Strange thing #1, #2, #3, #4: 相关，与 gcc 和 clang

相关

我对 Visual Studio 没有这个问题，因为 a + a 给了我一个 member 作为输出并且成员优先于朋友超载。现在关于运算符优先级的事实，我不知道 GCC 和 Clang 是否与 Visual Studio 不同，因为每个编译器的工作方式不同，我不是真的熟悉它们，但至于语言本身，您的编译器在不知道要使用哪种 <type> 时不知道如何处理 A::+() 。但是，当您有 A<int>::+() 或 A<char>::+() 或 A<C>::+()...

时，它知道该怎么做

Answer 2

这些都是模棱两可的。在对成员和非成员进行排序时，GCC 中存在已知的部分排序错误，例如https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=66914.

如果 BB 是 A 的特化，就限制你的朋友不参与重载决议。

Answer 3

如果 BB 可转换为 A，您想禁用朋友：

template<
  class BB,
  std::enable_if<
    !std::is_convertible<B const&, A>::value, int>::type = 0>
friend void operator+(BB const&, A const&){std::cout<<"friend"<<std::endl;}

注意：您需要使用 std::enable_if 作为创建它的类型，以便函数声明在 SFINAE 未解析时永远不会解析。

另一个提示是，如果 BB 可转换为 A（且不等于 A），如果您想解析成员函数，您可能需要为模板提供默认类型：

template <typename BB = A>
void operator++(BB const&) const {/*...*/}

只有当您向 class 提供其他运算符++时，这才是真正有用的，但值得注意。

朋友和成员二元运算符的消歧

Disambiguation of friend and member binary operator

c++

g++

clang++

friend

ambiguous-call