为什么友元函数不被视为 class 的命名空间的成员，它是在没有额外声明的情况下声明的？

Question

假设我们有一个来自命名空间 space 的 class foo，它声明了一个名为 bar 的 friend 函数，稍后将定义它，例如所以：

namespace space {
    struct foo {
        friend void bar(foo);
    };
}

namespace space {
    void bar(foo f) { std::cout << "friend from a namespace\n"; }
}

据我了解，friend void bar(foo);声明bar是一个自由函数在space 按值取 foo。要使用它，我们可以简单地做：

auto f = space::foo();
bar(f);

我的理解是不用说space::bar，因为ADL会看到bar 和[=一样在同一个namespace中定义19=]（它的参数）并允许我们省略全名限定。尽管如此，我们被允许对其进行限定:

auto f = space::foo();
space::bar(f);

哪个有效（并且应该有效）完全相同。

当我引入其他文件时，事情开始变得奇怪。假设我们将 class 和声明移动到 foo.hpp:

#ifndef PROJECT_FOO_HPP
#define PROJECT_FOO_HPP

namespace space {
    struct foo {
        friend void bar(foo);
    };
}

#endif //PROJECT_FOO_HPP

和foo.cpp的定义：

#include "foo.hpp"
#include <iostream>

namespace space {
    void bar(foo f) { std::cout << "friend from a namespace\n"; }
}

请注意，我所做的只是将（没有更改任何代码）的东西移动到 .hpp-.cpp 对。

然后发生了什么？好吧，假设我们#include "foo.hpp"，我们仍然可以做到：

auto f = space::foo();
bar(f);

但是，我们已经做不到了：

auto f = space::foo();
space::bar(f);

这没有说明：error: 'bar' is not a member of 'space'，这很令人困惑。我相当确定 bar 是 space 的成员，除非我严重误解了某些内容。同样有趣的是，如果我们另外声明（再次！）bar，但 在 foo 之外 ，它会起作用。我的意思是，如果我们将 foo.hpp 更改为：

#ifndef PROJECT_FOO_HPP
#define PROJECT_FOO_HPP

namespace space {
    struct foo {
        friend void bar(foo);
    };
    
    void bar(foo); // the only change!
}

#endif //PROJECT_FOO_HPP

现在可以使用了。

是否有一些头文件/实现文件改变了预期的（至少对我而言）行为？这是为什么？这是一个错误吗？我正在使用 gcc 版本 10.2.0（Rev9，由 MSYS2 项目构建）。

Answer 1

friend 声明有一点微妙之处，虽然它不需要先前的函数声明或 class 你的 class 是友好的，但不会使函数除了通过 ADL 之外的查找可见。

cppreference:

A name first declared in a friend declaration within a class or class template X becomes a member of the innermost enclosing namespace of X, but is not visible for lookup (except argument-dependent lookup that considers X) unless a matching declaration at the namespace scope is provided - see namespaces for details.

这就是为什么您能够找到 bar(f)（执行 ADL）但找不到 space::bar(f)（完全限定名称意味着未调用 ADL）的原因。

通过 ADL 找不到 bar 的调用代码需要查看声明。在所有内容都在一个文件中的版本中，调用代码将看到 space::foo 的完整定义。当您将其拆分为一个 HPP 和一个 CPP 文件时，调用代码只能看到提供有限可访问性的友元声明。

如您所见，如果要通过普通查找使函数可见，请在“foo.hpp”中放置 foo 的声明：

#ifndef PROJECT_FOO_HPP
#define PROJECT_FOO_HPP

namespace space {
    struct foo {
        friend void bar(foo);
    };

    void bar(foo); // Now code that includes foo.hpp will see a declaration for bar
}

#endif //PROJECT_FOO_HPP

为什么友元函数不被视为 class 的命名空间的成员，它是在没有额外声明的情况下声明的？

Why is a friend function not treated as a member of a namespace of a class it was declared in without additional declaration?

c++

namespaces

friend

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