函数调用解析的混淆

Question

这个问题的灵感来自于这个问题。考虑以下代码：

namespace ns {
  template <typename T>
  void swap(T& a, T& b) {
    using namespace std;
    swap(a, b);
  }
}

经过使用GCC的一些测试，我发现swap(a, b);解析结果如下：
1) 如果T有重载std::swap（例如：标准容器类型），则解析为std::swap
2) 否则解析为ns::swap，导致无限递归
因此，似乎编译器将首先尝试在命名空间ns中查找匹配项。如果找到匹配项，则搜索结束。但是当ADL参与时，情况并非如此，在这种情况下，std::swap仍将被找到。解析过程似乎很复杂。

我想了解在上述上下文中解析函数调用swap(a, b)的详细过程。请提供对标准的引用。

- Lingxi

---

请注意，使用诸如 using namespace std; 的using-directives具有非常特殊的行为；它们不是使用声明（using-declarations），如 using std::swap。 - dyp

@dyp 刚刚有一种深刻的感觉 :-) - Lingxi

据我所知，这个using指令不会产生任何作用。它将命名空间std的名称视为在此处声明于全局命名空间中，但是全局命名空间中的swap名称在ns::swap内部进行纯未限定查找时被隐藏，因为命名空间ns已经包含了一个名称为swap的成员。 - dyp

所以，如果我理解正确的话，如果你改用std::swap，我们会得到编译错误，因为编译器会看到std::swap和ns::swap两个函数。 - Anton Frolov

@AntonFrolov 这里涉及到两种名称查找机制：纯未限定名称查找和参数相关名称查找。纯未限定名称查找将在找到名称的下一个封闭作用域处停止。通过 using std::swap;，我们告诉它在块作用域停止 - ns::swap 将不会被找到，因为它是封闭命名空间作用域的成员。另一方面，参数相关名称查找搜索与参数类型相关联的所有作用域。 - dyp

Answer 1

OP中的代码与以下代码等价：

using std::swap; // only for name lookup inside ns::swap

namespace ns {
  template <typename T>
  void swap(T& a, T& b) {
    swap(a, b);
  }
}

为什么？因为像using namespace std;这样的using-directives在C++14 [namespace.udir]p2中有一种非常奇特的行为：

using-directive指定了被提名命名空间中的名称可以在using-directive出现之后的范围内使用。在未经限定的名称查找中，这些名称似乎是在最近的封闭命名空间中声明的，该命名空间包含using-directive和被提名命名空间。

包含命名空间std和函数块作用域ns::swap的最近封闭命名空间是全局命名空间。

另一方面，using-declarations如using std::swap;确实将名称引入它们出现的范围内，而不是某个封闭范围。

---

函数调用表达式（例如swap(a, b)）的查找称为未经限定的查找。标识符swap没有与任何命名空间或类名限定，与ns::swap相反，ns::已通过限定限定。潜在函数名称的未经限定查找由两部分组成：纯未经限定查找和参数相关的查找。

纯未经限定查找在包含名称的最近封闭范围处停止。在OP的示例中，如上所示的等效转换所示，包含名称swap声明的最近范围是命名空间ns。全局范围不会被搜索，也不会通过纯未经限定查找找到std::swap。

参数相关的查找搜索与参数类型相关联的所有范围（这里仅为命名空间和类）。对于类类型，类被声明的命名空间是关联作用域。C++标准库类型（例如std::vector<int>）与命名空间std相关联，因此，如果T是C++标准库类型，则可以通过参数相关的查找找到表达式swap(a, b)的std::swap。同样，您自己的类类型允许在它们被声明的命名空间中找到swap函数：

namespace N2 {
    class MyClass {};
    void swap(MyClass&, MyClass&);
}

因此，如果参数相关查找没有找到比纯粹的非限定查找更好的匹配，你最终会递归地调用 ns::swap。

在调用未限定的 swap（即 swap(a, b) 而不是 std::swap(a, b)）背后的想法是，通过参数相关查找找到的函数被认为比 std::swap 更专业。对于自己的类模板类型特化函数模板（由于禁止部分函数模板特化），无法实现，也不能向命名空间 std 添加自定义重载。std::swap 的通用版本通常实现如下：

template<typename T>
void swap(T& a, T& b)
{
    T tmp( move(a) );
    a = move(b);
    b = move(tmp);
}

这需要一个移动构造加上两个移动赋值，有可能甚至会回退到拷贝。因此，你可以为与这些类型相关联的命名空间提供一个专门的swap函数。你的专门版本可以利用你自己类型的某些属性或私有访问。

- dyp

---

你既快又详细，加一分。 - Angew is no longer proud of SO

@Angew 我可能只是开始得更早一些 ;) - dyp

我认为重载std::swap以适用于自定义类型是标准做法。 - Lingxi

@Lingxi 程序不得向 std 命名空间“除非另有规定”[namespace.std]p1 添加定义或声明。对于 std::swap 没有这样的例外情况。我知道的常见做法是将 swap 定义为非成员友元函数，可能在类体内定义。另请参见 https://dev59.com/NW025IYBdhLWcg3w960W#5695855/ C++ 标准库定义的类型确实重载了 std::swap，但它们处于标准的独特位置 - std 是它们关联的命名空间（因此遵循前述的常见做法）。 - dyp

Answer 2

标准中最重要的部分是7.3.4/2（引用C++14 n4140，强调我的）：

“using-directive指定所提名名称空间中的名称可以在using-directive之后出现的范围内使用。在未限定名称查找（3.4.1）期间，名称出现为如果它们在最近包含using-directive和提名名称空间的封闭名称空间中声明一样。” using-directive位于:: ns中的函数内，并提名:: std。这意味着在未限定名称查找的目的下，该using-directive的效果是::std中的名称表现得就像它们在::中声明一样。特别地，不会像它们在::ns中一样。

因为未限定名称查找始于::ns中的函数，所以它会先搜索::ns，然后才查找::。并且它找到了::ns::swap，于是它停止在那里，而不会查找using-directive引入的::std::swap。

- Angew is no longer proud of SO