友元函数模板在类模板中返回导出依赖类型的行为

Question

我遇到了以下代码，其行为是由所有GCC、Clang和MSVC商定的：

#include <concepts>

template<typename T>
auto foo(T);

template<typename U>
struct S {
    template<typename T>
    friend auto foo(T) {
        return U{};
    }
};

S<double> s;
static_assert(std::same_as<decltype(foo(42)), double>);

现场演示：https://godbolt.org/z/hK6xhesKM

foo（）在全局命名空间中声明，并带有推断的返回类型<代码>S

我所期望的是，当用〈code〉U=double〈code〉实例化〈code〉S〈code〉时，它对〈code〉foo（）〈code〉的定义被放入全局命名空间，并且〈code〉U〈code〉被替换，因为友元函数是如何工作的，有效地如下所示：

template<typename T>
auto foo(T);

S<double> s;

template<typename T>
auto foo(T) {
    return double{};
}

因此，我希望foo（）的返回类型是double，并且应该传递以下静态断言：

static_assert(std::same_as<decltype(foo(42)), double>);

然而，实际情况是，这三个编译器在行为上存在分歧。

html" target="_blank">GCC像我预期的那样传递静态断言。

Clang使静态断言失败，因为它似乎认为foo（）返回int：

'标准：：is\u same\u v

MSVC产生了完全不同的错误：

'U'：未声明的标识符

我觉得奇怪的是，对于一个看似简单的代码示例，这里所有的编译器都有不同的行为
如果未模板化（foo（）），或者没有推导出返回类型（请参阅此处演示），则不会出现问题。

哪个编译器的行为正确？或者，代码是格式错误的NDR还是未定义的行为？（为什么？）

Answer 1

哪个编译器的行为正确？或者，代码是格式错误的NDR还是未定义的行为？（为什么？）

正如@Sedenion在一篇评论中指出的那样，在谈到CWG 2118的领域时（我们将进一步讨论这个问题），该程序是按照当前标准编写的，GCC接受它是正确的，而根据[dcl.spec.auto.general]/12和/13[emphasis mine]的规定，Clang和MSVC拒绝它是错误的：

/12当定义被实例化时，即使函数体包含具有非类型依赖操作数的返回语句，作为函数或在其声明类型中具有占位符的函数模板的模板实体也会发生返回类型推断。

/13使用占位符类型的声明返回类型的函数或函数模板的重新声明或专门化也应使用该占位符，而不是推导类型。同样，不使用占位符类型的声明返回类型的函数或函数模板的重新声明或专门化不应使用占位符。

[示例6：

auto f();
auto f() { return 42; }            // return type is int
auto f();                          // OK
// ...
template <typename T> struct A {
  friend T frf(T);
};
auto frf(int i) { return i; }      // not a friend of A<int>

尤其是“不是A的朋友”

/12，连同[temp.inst]/3（下文）一起，涵盖了只有在从s的实例化中提供了朋友的主模板定义（正式：它的声明而不是定义已实例化）之后，才发生朋友的返回类型推断

类模板专门化的隐式实例化导致

• （3.1）未删除类成员函数、成员类、作用域成员枚举、静态数据成员、成员模板和友元的声明（而非定义）的隐式实例化；和
• […]

然而，为了根据[basic.def.odr]和[class.mem]确定实例化的重新声明是否有效，与模板中的定义相对应的声明被视为定义。

[示例4：

// ...

template<typename T> struct Friendly {
  template<typename U> friend int f(U) { return sizeof(T); }
};
Friendly<char> fc;
Friendly<float> ff;  // error: produces second definition of f(U)

-结束示例]

正如在《愚蠢的树叶》中详细介绍的那样，可以依靠类模板的单个第一次实例化来控制朋友的定义。首先，这里的意思是基本上依赖元编程状态来指定此定义。

在OP的示例中，第一个实例化是