c++ - 友元声明的复杂范围规则有什么意义？

Question

我最近发现 friend 声明范围遵循 extremely peculiar rules - 如果您有一个尚未声明的函数或类的 friend 声明(定义)，它会在紧邻的命名空间中自动声明(定义)，但是非限定和限定查找不可见；但是，友元 函数 声明通过参数相关的查找仍然可见。

struct M {
    friend void foo();
    friend void bar(M);
};

void baz() {
    foo();    // error, unqualified lookup cannot find it
    ::foo();  // error, qualified lookup cannot find it
    bar(M()); // ok, thanks to ADL magic
}

如果您查看标准(请参阅 linked answer)，他们会竭尽全力启用这种古怪的行为，在具有复杂规则的合格/非合格查找中添加特定异常(exception)。在我看来，最终结果非常令人困惑¹，还有一个要添加到实现中的极端情况。无论是

• 要求 friend 声明引用现有名称、句点；或
• 允许他们像现在这样声明东西，但不改变普通名称查找(因此，这些名称变得可见，就像在封闭的命名空间中“正常”声明一样)

似乎更容易实现、指定，最重要的是，更容易理解，我想知道:他们为什么要为这个烂摊子烦恼？他们试图涵盖哪些用例？哪些更简单的规则(尤其是与现有行为最相似的第二条规则)有什么问题？

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1. 例如，在这种特殊情况下

   struct M {
      friend class N;
   };
   N *foo;
   typedef int N;
   

   你得到 comically schizophrenic error messages

   <source>:4:1: error: 'N' does not name a type
    N *foo;
    ^
   <source>:5:13: error: conflicting declaration 'typedef int N'
    typedef int N;
                ^
   <source>:2:17: note: previous declaration as 'class N'
       friend class N;
                    ^
   

   编译器首先声称不存在 N 之类的东西，但当您尝试提供冲突声明时立即停止装傻。

Answer 1

好吧，要回答这个问题，您必须了解 C++ 的另一个主要特性:模板。

考虑这样一个模板:

template <class T>
struct magic {
    friend bool do_magic(T*) { return true; }
};

在这样的代码中使用:

bool do_magic(void*) { return false; }

int main() {
    return do_magic((int*)0);
}

退出代码是0还是1？

好吧，这取决于 magic 是否曾在任何可观察到的地方用 int 实例化。
至少它会，如果 friend - 仅声明为内联的函数会被普通查找规则找到。
而且您不能通过注入(inject)所有可能的东西来解决这个难题，因为模板可以专门化。

有一段时间是这样，但因“太神奇”和“太不明确”而被取缔。

名称注入(inject)还有其他问题，因为它几乎没有像希望的那样定义明确。参见 N0777: An Alternative to Name Injection from Templates了解更多。