我能专门化前置声明的模板吗？

Question

我能专门化前置声明的模板吗？例如：

template <typename T> class A;

template <>
class A<char> {
    char a[1000];
};

int main()
{
    [[maybe_unused]] A<char> a;
    return 0;
}

我想要达到什么目的？

我们知道，为了在一些基于哈希表的类型中使用它，必须对 std::hash 进行专门化。标准的 std::hash 专门化需要在头文件中包含 <functional> ，然后进行专门化。我在很多地方都使用了这个头文件，而且 <functional> 的编译时间非常长。因此，我想把我的专门化移到源代码 (cpp) 文件中。

my_type.hpp：

class my_type {/*...*/};

namespace std {

template <typename T>
struct hash;

template <>
struct hash<my_type>
{
    size_t operator()(my_type m) const;
};
} // namespace std

my_type.cpp:

#include "my_type.hpp"
#include <functional>
namespace std {
size_t std::hash<my_type>::operator()(my_type v) const
{
    return std::hash<decltype(v.value())>{}(v.value());
}
} // namespace std

这个解决方案有效，但从ISO标准的角度来看是否合法？

编辑/注释：它不适用于libc ++（clang std实现），因为它将std :: hash定义为std :: __ 1 :: hash，其中__1是内联命名空间。这部分回答了问题。

- Mariusz Jaskółka

Answer 1

关于A的常见问题是它是被允许的。显式特化与主模板不相交。它可以定义为完整或不完整，无论主模板如何定义。

至于你更具体的关于std::hash的问题，不行。您违反了：

[namespace.std]

1 除非另有说明，否则如果将声明或定义添加到命名空间std或添加到命名空间std中的命名空间，则C++程序的行为未定义。

2 除非明确禁止，否则程序可以向命名空间std添加任何标准库类模板的模板特化，前提是（a）添加的声明依赖于至少一个程序定义的类型，并且（b）特化符合原始模板的标准库要求。

前向声明std::hash不是一个声明，它依赖于用户定义的类型的特化。这是一个落入段落1规范下的普通声明。没有措辞允许在标准的其他地方前向声明std::hash。因此，这是未定义的行为。

- StoryTeller - Unslander Monica

Answer 2

这是不合法的，因为在std::命名空间中前置声明任何模板都是不允许的。对于您特定的标准库实现，它可能会起作用，但std::hash可能有其他模板参数，除了哈希类型之外，只要这些参数有默认值即可。例如：

namespace std {

// this is how hash might be declared in the standard library
template <typename T, bool B = some_trait_v<T>>
struct hash;

}

此外还可以参考：std命名空间中变量/类的前置声明 然而，通常情况下，允许对前置声明的模板进行特化，但不能对std::命名空间中的模板进行特化：

template <typename T>
void f();

// this is perfectly normal and allowed
template <>
void f<int>() {
    // do something ...
}

很不幸，像<iosfwd>这样的前向头文件并不多见，否则这将不是一个问题。

- Jan Schultke

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我不确定是否添加额外的模板参数会违反文档规定，但将模板放置在内联命名空间中则不会。libc++ 就是这样做的。 - Mariusz Jaskółka

@jaskmar - 我记得曾经遇到过一个编译器错误，需要解决这种涉及额外参数的情况。但在符合标准的编译器中，只要它们有默认参数，额外的模板参数就没问题。在声明特化时，任何省略的参数都被视为在主模板上指定的默认值。 - StoryTeller - Unslander Monica

只有在标准允许为用户自定义类型提供std：hash模板特化时，才能提供。 - Marek R