c++ - 如何在类声明之外声明泛型类的友元？

Question

以下代码有效，但我想将 ostream& operator<< 移到类声明之外，就像我对 hash::operator[] 所做的那样。

#include<iostream>
#include<map>

using namespace std;

template <class T>
class hash {
  private:
    map<string, T> _map;
  public:
    T& operator[] (string x);
    friend ostream& operator<<(ostream& out, const hash<T> &rhs) { return out << "test"; }
};

template <class T>
T & hash<T>::operator[](string x) {
  return _map[x];
}

int main () {
  hash<int> myobject;
  myobject["a"] = 1;
  cout << myobject["a"] << endl;
  cout << myobject << endl;
  return 0;
}

我试过:

template <class T>
ostream& operator<<(...) {
  return out << "test";
}

和

ostream& operator<<(...) {
  return out << "test";
}

以及其他一些组合都无济于事。

Answer 1

由于这个问题似乎并没有完全重复，所以我将解释您的程序的作用。

template <typename T>
class test {
   int private_field;
   friend std::ostream& operator<<( std::ostream&, test<T> const & );
};
// ???
int main() {
   std::cout << test<int>() << std::endl;
}

模板是按需实例化的(除非您明确实例化它们)，这意味着在这个特定程序中 test仅实例化为 test<int> .当编译器实例化模板时(因为它是在 main 中请求的)，它将处理模板定义。此时的行为类似于在定义点用替换类型重写代码(在本例中就在 main 之前):

class test<int> {
   friend std::ostream& operator<<( std::ostream&, test<int> const & );
};

现在，如果您查看实例化模板，您会注意到 friend声明正在帮助一个非模板函数。所以在这个特定的程序中，您可以填写 ???具有该特定功能:

std::ostream& operator<<( std::ostream& o, test<int> const & t ) {
   return o << t.private_field;
}

这里的问题是这不容易扩展。那个operator<<的代码与 test<int> 相同比test<double> ，所以应该没有必要为所有实例化类型重写相同的函数!

此时有两个选项，第一个是，正如您已经确定的那样，在类内部提供函数的定义。每当类型被实例化时，编译器将处理和定义函数。该解决方案根据需要为每个模板实例化创建非模板函数(这是我会做的选项，即使这里的查找有怪癖和奇怪之处)。

现在，如果你真的想避免在模板类中提供定义，并且你仍然想提供一个单一的实现，那么你必须求助于提供模板 operator<< .此时你有两个不同的选择，你可以声明模板的所有实例化(我不太喜欢，因为它向太多其他人开放)，或者你可以与模板函数(关于访问更清晰，编写起来更麻烦)。

第一种情况是:

template <typename T>
class test {
   template <typename U>
   friend std::ostream& operator<<( std::ostream&, test<U> const & );
};
template <typename T>
std::ostream& operator<<( std::ostream&, test<T> const & ) { ... }

第二种情况需要几个前向声明:

template <typename T> test;
template <typename T> std::ostream& operator<<( std::ostream&, test<T> const & );
template <typename T>
class test {
   friend std::ostream& operator<< <T>( std::ostream&, const test<T>& );
};
template <typename T>
std::ostream& operator<<( std::ostream&, test<T> const & ) { ... }

当然还有另一种选择:不声明friend完全没有。提供print(std::ostream&)具有实现的类中的公共(public)函数，并提供非模板化 operator<<只是调用print关于第二个论点。