模板化运算符重载解析，成员与非成员函数

Question

以下SSCCE说明了这种情况：

#include <iostream>

struct ostr {
        std::ostream& s;

        template<class T>
        ostr& operator<<(const T& x) { s << x; return *this; }
};

struct xy {
        double x, y;
};

template<class Stream>
Stream& operator<<(Stream& s, const xy& x) {
        s << "[" << x.x << ", " << x.y << "]";
        return s;
}

int main() {
        ostr os{std::cout};
        xy x{4, 5};
        os << "Value is: " << x <<"\n";
}

项目之前编译得很好，我用几个编译器(gcc4.5、4.6、4.7、4.8和clang3.3)再次检查了这个SSCCE，所有这些编译器都在没有任何警告的情况下编译了它（使用-wall-wextra-pedantic)。所有编译器都设置为C++11/C++0x标准。将ctor添加到OSTR中后，即使在MSVC2012和2010上也能很好地编译

使两个运算符<<的非成员都显示了所有编译器中的二义性（正如预期的那样）

在查看了标准草案(N3242和N3690)之后，我没有找到任何使成员函数/运算符比非成员函数/运算符更匹配的东西。

所以我没能证明clang-3.4是错的，我想知道谁是对的。因此，我的问题是：

• 此代码有效吗？成员运算符/函数应该比非成员运算符/函数更匹配吗？这是CLANG-3.4中的一个bug？
• 还是所有其他编译器都错误/权限太大？

我知道，将第二个运算符<<更改为非模板化函数（使用std::ostream而不是模板参数）将解决歧义并按预期工作，但这不是这里的重点。

Answer 1

重载解析向成员函数添加了一个附加参数，只是为了重载解析的目的：

[over.match.funcs]/2

候选函数集可以包含要针对同一参数列表解析的成员函数和非成员函数。为了使参数列表和参数列表在这个异类集合中是可比较的,一个成员函数被认为有一个额外的参数,称为隐式对象参数,它表示为其调用成员函数的对象。

对于非静态成员函数，隐式对象参数的类型为

-“lvalue reference to cvx”，用于不使用ref-qualifier或使用&ref-qualifier声明的函数

-对于使用&ref-qualifier声明的函数，“rvalue reference to cvx”

其中x是函数作为其成员的类，cv是成员函数声明上的cv限定。

下面有一些特殊的规则，例如允许将rvalue绑定到这个隐式对象参数（用于调用rvalue上的成员函数，不使用ref-qualifier，例如ostr{std：：cout}<<“hello”)。

我们需要比较用于重载解析的函数签名（包括隐式对象参数）如下：

template<class T>
ostr& ostr::operator<<(ostr&, const T&);    // F1

template<class Stream>
Stream& ::operator<<(Stream&, const xy&);    // F2

替换os< 后，得到相同的签名：

ostr& ostr::operator<<(ostr&, const xy&);
ostr& ::    operator<<(ostr&, const xy&);

因此只有[over.match.best]/1中的一个“决胜局”可以解决歧义。事实上，一个可以适用，即“f1比f2更专业化”（反之亦然）：函数模板的偏序。

请注意。在部分排序[temp.func.order]/3的说明中再次指定了添加一个隐式对象参数的过程。

struct unique_T {};
struct unique_Stream {};

然后，我们将f1转换为f1'，方法是将模板参数t替换为唯一类型unique_t（对于f2)：

ostr& ostr::operator<<(ostr&, const unique_T&);
ostr& ::    operator<<(unique_Stream&, const xy&);

已转换函数f1'的参数现在用于尝试推导未转换的f2的模板参数：

ostr a0;
unique_T a1; // no reference, no cv-qualifier
::operator<<(a0, a1) // does template argument deduction succeed?

// reminder: signature of ::operator<<
template<class Stream>
Stream& ::operator<<(Stream&, const xy&);

对于A0[withstream=ostr]的推导成功，因此，来自f1的类型ostr&被认为至少与f2的对应的第一个参数的类型(stream&相同，其中stream是模板参数）。我不确定第二个参数a1会发生什么，因为::operator<<的第二个参数（它的类型为const xy&)不会发生任何推导。

现在我们使用f2'中的参数重复该过程，并尝试推导f1的模板参数：

unique_Stream a0;
xy a1;
ostr::operator<<(a0, a1);

// reminder: signature of ostr::operator<<
template<class T>
ostr& ostr::operator<<(ostr&, const T&);

在这里，对于第一个参数不发生推演，但是对于第二个参数发生并成功[witht=xy]。

我的结论是，没有哪个函数模板更专业。因此，重载解析应该会因为二义性而失败。