c++ - 为什么那个模板函数不能编译？

Question

这是一个非常短的代码段，无法使用 g++ 4.7.1 进行编译(顺便说一句，它也无法使用 gcc 4.6.3 进行编译)。

#include <iostream>

template<typename T>
struct Foo
{
    template<typename U>
    friend std::ostream& operator<<(Foo&, U&);
};

template<typename T, typename U>
std::ostream& operator<<(Foo<T> foo, U& u)
{
    std::cout << u;
    return std::cout;
}

int main()
{
    Foo<int> f;
    f << "bar";
    return 0;
}

这就是 gcc 4.7.1 输出的内容(4.6.3 说的几乎相同)。

/tmp/ccNWJW6X.o: In function main': main.cpp:(.text+0x15): undefined
reference tostd::basic_ostream >& operator<< (Foo&, char const (&) [4])' collect2: ld returned 1 exit status

谁能解释一下原因？

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我也试过用 clang 3.1，它说的完全一样。

Answer 1

与模板的友元可能有点复杂......让我们看看你的代码做了什么:

template<typename T>
struct Foo {
    template<typename U>
    friend std::ostream& operator<<(Foo&, U&);  // [1]
};
template<typename T, typename U>
std::ostream& operator<<(Foo<T> foo, U& u) {    // [2]
    std::cout << u;
    return std::cout;
}

当您使用类型实例化 Foo 时，例如 int [1] 中的友元声明声明了一个模板函数:

template <typename U>
std::ostream& operator<<(Foo<int>&,U&);

但是该函数在任何地方都不存在，您在 [2] 中提供的是一个带有两个参数的模板:

template<typename T, typename U>
std::ostream& operator<<(Foo<T> foo, U& u);

重点是友元声明是在实例化模板的同时处理的，此时Foo代表的是当前实例化得到的类型。

对于你想做的事情有不同的选择，最简单的是将好友声明更改为:

template<typename W, typename U>
friend std::ostream& operator<<(Foo<W> foo, U& u);

它声明了一个带有两个参数的模板(W 和 U 在这里都是未绑定(bind)的)，并在命名空间级别匹配您的定义。

另一种选择是在类模板定义中定义友元函数，在这种情况下您可以保持原始签名。有关不同替代方案的更多信息，请查看其他 answer