c++ - 为什么 clang 要求在模板中调用函数之前先声明该函数？

Question

我有以下代码示例(可在线访问 coliru ):

#include <iostream>
#include <utility>

struct Bar {
    int a;
};

template <class T>
void print_arg(const T& arg) {
    std::cout << arg << std::endl;    
}

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Bar& b) {
    os << b.a;
    return os;
}

template <class T1, class T2>
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const std::pair<T1, T2>& pair) {
    os << "Pair(" << pair.first << ',' << pair.second << ")";
    return os;
}

int main()
{
    auto bar = Bar{1};
    print_arg(bar);
    print_arg(std::make_pair(bar, bar));
    print_arg(std::make_pair(bar, 1));
    print_arg(std::make_pair(0, 1));
}

主函数中的最后一行给我带来了麻烦。使用 g++ 编译效果很好(具有与下面完全相同的选项)，我启动可执行文件，它按预期打印所有内容。但是，Clang++ 给了我以下错误:

$ clang++ -std=c++17 -O2 -Wall -Werror -Wpedantic main.cpp && ./a.out
main.cpp:10:15: error: call to function 'operator<<' that is neither visible in the template definition nor found by argument-dependent lookup
    std::cout << arg << std::endl;    
              ^
main.cpp:29:5: note: in instantiation of function template specialization 'print_arg<std::pair<int, int> >' requested here
    print_arg(std::make_pair(0, 1));
    ^
main.cpp:19:15: note: 'operator<<' should be declared prior to the call site
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const std::pair<T, T>& pair) {
              ^
1 error generated.

此外，删除最后一行(将其注释掉)会导致 Clang++ 正确编译所有内容。据我所知，这意味着 std::pair<int, int>与其他参数类型有质的不同。

我的问题是，为什么 g++ 无论如何都要编译它？更重要的是，为什么 clang 认为声明 operator<<(ostream, pair<Bar, Bar>) 是可以的稍后，但是 operator<<(ostream, pair<int, int>) 就不行了。是因为后者只包括标准型和基本型吗？

对我来说，(有点)合乎逻辑的事情似乎是，仅在标准/基本类型上定义函数是 UB，但 g++ 默默地忽略它，并且 clang++ 给出了一条看起来很奇怪的错误消息。然而，这对我来说没有多大意义，我找不到相关的标准条款。

注意:我知道将声明向上移动是 clang 所要求的，但我不明白为什么。我要提供print_arg函数在单独的 header 中，并允许包含该 header 的人专门化 operator<<使用print_arg时.

Answer 1

查看Language Compatibility : Unqualified lookup in templates部分。它准确地解释了这个案例。

总结是 GCC 编译有 bug 的代码，而 clang 遵循标准。