Class C++ 中的模板和友谊

Question

我想了解模板和友谊在 C++ 中的工作原理。所以 looking/trying 我自己举了一些例子。下面给出了一个我无法理解的例子：

版本 1

#include <iostream>

using namespace std;


//template<typename T> void func4();
//template<typename T> class NAME;
//   template<typename T> std::ostream& operator<< (std::ostream&, NAME<T> const&);
template<typename T>
class NAME {
   

    friend void func4<T>();
    friend std::ostream& operator<< <T> (std::ostream&, NAME<T> const&);
};
int main()
{
   cout << "Hello World" << endl; 
 
   return 0;
}

以上版本1报错如下：

prog.cc:13:17: error: variable or field 'func4' declared void
   13 |     friend void func4<T>();
      |                 ^~~~~
prog.cc:13:17: error: expected ';' at end of member declaration
   13 |     friend void func4<T>();
      |                 ^~~~~
      |                      ;
prog.cc:13:22: error: expected unqualified-id before '<' token
   13 |     friend void func4<T>();
      |                      ^

我的 第一个问题 是，即使我已经对 func4 和 operator<< 模板函数的前向声明进行了评论，那我怎么才能只得到仅 func4 出错？这就是 operator<<.

没有错误的原因

请注意，我知道如果我们想与模板的特定实例成为朋友，我们需要前向声明。那是为了

friend void func4<T>();

为了工作，我们需要注释掉语句

template<typename T> void func4();

同样适用于

friend std::ostream& operator<< <T> (std::ostream&, NAME<T> const&);

为了工作，我们需要在程序开始时注释掉相应的前向声明。但是当我只注释掉 template<typename T> void func4(); 语句时，程序可以运行并且 operator<< 没有错误。同样，为什么我们没有收到 operator<< 的错误，即使我没有注释掉相应的前向声明。

我的第二个问题是这样的说法

friend void func4<T>();

同

friend void func4<>();

同理，是语句

friend std::ostream& operator<< <T> (std::ostream&, NAME<T> const&);

同

friend std::ostream& operator<< <> (std::ostream&, NAME<T> const&);

我的想法是 friend void func4<>(); 语句是使用语句 template <typename T> void func4(); 声明的函数模板的特化。同时，当我们写 friend void func4<T>(); 时，我们显式传递 T 所以在这种情况下，当我们 write/call func4<int>(); 函数模板 func4<int>会被实例化然后占用内存。另一方面，专用模板函数已经占用了一些内存，因为我们必须在调用它之前提供它的定义。那么有人可以解释一下当我们使用 <T> 和使用 <> 时是否存在的差异。总之，在我看来，在 <> 的情况下，将使用用户提供的专业化，而在 <T> 的情况下，将在我们调用 func4() 时创建一个新的 intiantion。所以这是有区别的，因为在 <> 的情况下，我们必须提供一个已经占用一些 space（内存）的定义，而在 <T> 的情况下， func4 只会占用 space(内存)当我们use/call它。这是正确的结论吗？

我的第三个问题是我read：

There is no way to explicitly specify template arguments to overloaded operators, conversion functions, and constructors, because they are called without the use of the function name.

根据上面引用的语句，我们不能显式地为重载运算符指定模板参数，但是如何写 friend std::ostream& operator<< <T> (std::ostream&, NAME<T> const&); 因为它重载运算符 << .

Answer 1

回答 1 operator<< 没有错误，因为您使用了 using namespace std; 并且在 std 命名空间中已经重载了 operator<<.

回答 3 引用的语句谈论调用（即使用）重载运算符而不是 defining/declaring 他们

回答2

版本 1

#include <iostream>

template<typename T> void func4();
template<typename T>
class NAME {
   

    //friend void func4<>();//this does not work because there is no way to deduce the template arguments
    friend void func4<T>();//this works because here we have explicitly passed T as the template argument

};
int main()
{
   std::cout << "Hello World" << std::endl; 
   NAME<int> n;
   return 0;
}

在上面的版本 1 中，我们有一个函数模板 func4<>。现在，当您编写 friend void func<T>(); 和 friend void func<>(); 时，您正在使 class 模板 NAME<> 成为 完全专业化 友元。 friend void func<>(); 不起作用的原因是模板参数推导在这种情况下无法起作用。当你写 friend void func<T>(); 时，你已经显式地传递了模板参数，所以这是有效的。这也意味着两者（friend void func<T> 和 friend void func<>();）本质上是模板函数 func<> 的相同特化。这将从我的下一个示例版本 2 中更加清楚。

版本 2

#include <iostream>

template<typename T> class NAME;
template<typename T> std::ostream& operator<<(std::ostream&, const NAME<T>& );
template<typename T>
class NAME {
   
    //both of the below friend declarations are equivalent
    friend std::ostream& operator<< <T>(std::ostream&, const NAME<T>&);//this works 
    friend std::ostream& operator<< <>(std::ostream&, const NAME<T>&);//this works as well becasue of template argument deduction
    
};
int main()
{
   std::cout << "Hello World" << std::endl; 
   NAME<int> n;
   return 0;
}

在上面的版本 2 中，我们有一个重载的运算符函数模板。 friend std::ostream& operator<< <T>(std::ostream&, const NAME<T>&); 和 friend std::ostream& operator<< <>(std::ostream&, const NAME<T>&); 都是 等价的 并且是重载模板 operator<< <T> 的相同特化。它们之间唯一的区别是第二个使用模板参数推导。这是可能的，因为与版本 1 不同，这次我们有一个依赖于 T 的函数参数，因此模板参数推导可以工作。这在函数模板 func4<> 的情况下是不可能的，因为该函数不采用任何依赖于模板参数的参数。

Class C++ 中的模板和友谊

Class Templates and Friendship in C++

c++

lookup

templates

argument-dependent-lookup

c++11