C类模板中的朋友比较和关系运算符

Question

来自Lippman et al C Primer第5版，第16.1.2节：

//forward declarations needed for friend declarations in Blob
template <typename> class BlobPtr;
template <typename> class Blob;
template <typename T> bool operator==(const Blob<T>&, const Blob<T>&)

template <typename T> class Blob {
   friend class BlobPtr<T>;
   friend bool operator==<T>(const Blob<T>&, const Blob<T>&);
}

第一个问题：排队

friend bool operator==<T>(const Blob<T>&, const Blob<T>&);

为什么是<代码>

friend bool operator==(const Blob<T>&, const Blob<T>&);

我添加了以下代码来定义运算符==并实例化类模板。它成功编译和链接：

template <typename T>
bool operator==(const Blob<T> &lhs, const Blob<T> &rhs) {return true;}

int main() {
    Blob<int> a, b;
    a == b;
}

如果我删除

Undefined symbols for architecture x86_64: "operator==(Blob<int> const&, Blob<int> const&)", referenced from: _main in partial_blob-3ccda9.o

显然

第二个问题:如果我想定义关系小于运算符< code >

1） 向前声明运算符

2）将操作员声明为好友，插入附加

3）定义类外运算符。

因此，我添加了以下代码:

template <typename T> bool operator<(const Blob<T>&, const Blob<T>&);
template <typename T> class Blob {
   //other members as before
   friend bool operator<<T>(const Blob<T>&, const Blob<T>&);
}
bool operator<(const Blob<T>&, const Blob<T>&) {return true;}
int main() {
   //other statements as before
   a < b;
}

这会在运算符周围产生编译错误

friend bool operator<(const Blob<T>&, const Blob<T>&);

然后我得到一个链接器错误，类似于前面的链接器错误==：

"operator<(Blob<int> const&, Blob<int> const&)", referenced from: _main in partial_blob-a85d5d.o

如何成功定义运算符

（注意：运算符必须声明为朋友，因为更完全实现的实现依赖于私有变量。）




Answer 1

我发布了自己的答案，感谢约阿希姆·皮莱伯格和宋元耀的指导。

我简化了代码，只关注问题1。Pileborg和Holt正确地指出重载

template <typename> class Blob;
template <typename T> bool operator==(const Blob<T>&, const Blob<T>&); //line 2

template <typename T> class Blob {
   friend bool operator==(const Blob<T>&, const Blob<T>&); //line 5
};

template <typename T>
bool operator==(const Blob<T> &lhs, const Blob<T> &rhs) {return true;} //line 9

int main() {
    Blob<int> a, b; //line 12
    a == b; //line 13
}

此代码在链接时产生错误。为了理解原因，我们将从标准中查看相关语言。

来自 C 14 标准 n4296， 14.5.4 （此处使用的术语摘要见底部）。

对于不是模板声明的朋友函数声明：

（1.1） — 如果友元的名称是限定的或非限定的 template-id，则友元声明是指函数模板的特化，否则，

（1.2）-如果朋友的名称是限定id，并且在指定的类或命名空间中找到匹配的非模板函数，则朋友声明引用该函数，否则，

(1.3)-如果友元的名称是限定id，并且在指定的类或命名空间中找到匹配的函数模板，则友元声明引用该函数模板的推断专用化(14.8.2.6)，否则，

（1.4）-名称应为声明（或重新声明）非模板函数的非限定id。

现在我们看一下第 5 行的朋友声明，根据上面列出的四个步骤确定它指的是什么。

（1.1）==不是模板id；继续前进。。。

（1.2）==不是合格id；继续前进...

(1.3) ==不是限定id；离开...

（1.4） 因此，== 是一个声明（或重新声明）非模板函数的非限定 id。

根据本标准第7.3.3节，友元＜code＞在最内部的封闭名称空间中声明，在本例中为全局名称空间。

当我们实例化Blob时

friend bool operator==(const Blob<int>&, const Blob<int>&);

因此，我们在全局命名空间中声明了运算符==的（非模板）重载，参数类型为const Blob

当在第12行调用a==b时，编译器开始重载解析过程。它首先查找与参数类型匹配的任何非模板重载。它以Blob时声明的运算符==的形式找到完美匹配

解决方案是在友元声明中使用template-id(不是模板声明)作为名称:

friend bool operator== <>(const Blob<T>&, const Blob<T>&)

或者

friend bool operator== <T>(const Blob<T>&, const Blob<T>&)

两个运算符==

当＜code＞Blob

friend bool operator== <>(const Blob<int>&, const Blob<int>&)

或者

friend bool operator== <int>(const Blob<int>&, const Blob<int>&)

在任何一种情况下，友元的名称都是一个非限定的模板id，因此通过上面的（1.1），友元声明引用了函数模板的专门化。然后，编译器为请求的找到最佳模板匹配

术语

限定 id：带有附加范围运算符的标识符，例如 std：：string 或 ：：i

unqualified-id:没有附加作用域运算符的标识符，例如< code>string或< code>i。

temple-id：以下摘录（来自C 14 Standard n4296,14.2）总结了temple-id的结构：

简单模板id:

 template-name < template-argument-list (opt)>

模板id：

 simple-template-id

 operator-function-id < template-argument-listopt >

 literal-operator-id < template-argument-listopt>

模板名称：

 identifier

所以有些模板id会包含< code>Foo

Answer 2

第一个问题：在行中

friend bool operator==<T>(const Blob<T>&, const Blob<T>&);

为什么是<代码>

friend bool operator==(const Blob<T>&, const Blob<T>&);

如果删除

警告：朋友声明'bool运算符==（const Blob

您正在将一个非模板化的函数作为您的类的朋友，因此编译器/链接器将寻找一个非模板化的函数，在您的情况下:

bool operator==(const Blob<int>&, const Blob<int>&);

…不存在，因此链接器无法找到它。

如果不添加

第二个问题：如果我想定义关系小于运算符

这是C代码解析方式的一个简单问题，您需要在< code >运算符之间插入一个空格

Answer 3

为什么是<代码>

由于友元声明中的运算符==引用函数模板，因此必须明确指定它。否则，将声明一个非模板函数，但稍后无法找到它的定义。它与调用（和实例化）函数模板不同。

注释 T 可以省略，但

// refers to a full specialization of operator==
friend bool operator== <>(const Blob<T>&, const Blob<T>&);

另一种候选方法是在类声明中定义运算符，该类声明将是内联的，可以声明为非模板函数。例如：

template <typename T> class Blob {
   ...
   friend bool operator==(const Blob&, const Blob&) { 
       return ...;
   }
}

这会在运算符周围产生编译错误

是的，正如你所说，它应该写成朋友布尔运算符