C++定义内部类的<<运算符

Question

在一个我没有启动的项目上工作，我��给一个类添加一个<<运算符。问题是：该类是另一个类的私有内部类，而后者位于一个命名空间中。我无法实现这个目标。

问题可以简化如下：

#include <iostream>
#include <map>
namespace A {
    class B {
        private:
            typedef std::map<int, int> C;
            C a;
            friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const C &c) {
                for (C::const_iterator p = c.begin(); p != c.end(); ++p)
                    os << (p->first) << "->" << (p->second) << " ";
                return os;
            }
        public:
            B() {
                a[13] = 10;
                std::cout << a << std::endl;
            }
        };
}
int main() {
    A::B c;
}

我尝试使用g++ test.cpp编译它：error: no match for ‘operator<<’。编译器没有找到我的重载函数。我认为在头文件中定义会更简单，但是没有成功。如果您认为在CPP文件中定义更合适，我也可以这样做，但我不知道如何操作。

最后一个要求，我不能使用C++11（很遗憾）。

- unamourdeswann

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你的代码使用Visual C++编译器版本15.0（即VS2008，C++11之前）。你正在使用哪个编译器？在ideone.com上无法运行... - Tony Delroy

可能是访问在类中定义的友元函数的重复问题 - 特别是这个答案告诉我们你需要在类外部声明operator<<。然而，这意味着你还需要在类外部定义构造函数。 - BoBTFish

如果我用 class C 替换 typedef ... C，那么我会在类 C 内定义 << 运算符，对吗？ - unamourdeswann

@user980053：不，这不是内部类，而是std::map的类型别名。因此，ADL仅考虑namespace std，并且在namespace A中找不到您的运算符。 - Mike Seymour

@MikeSeymour：对的！我明白了。所以它实际上是其他帖子的副本。但你知道如何在CPP文件中定义运算符吗？ - unamourdeswann

Answer 1

由于友元操作符首先在类内声明，因此只能通过参数相关查找使用。然而，它的两个参数类型都不在namespace A中，所以无法找到。 C是std::map的别名，因此在ADL目的下被视为在namespace std中。

有各种方法可以修复它，但没有一种是完美的：

• 在类定义之前在namespace A中声明该函数，则它将通过正常查找而不仅仅是ADL可用。然而，这会破坏封装，并可能导致任何其他尝试为std::map重载operator<<的问题。
• 用命名的静态（非友元）函数替换运算符重载，并按名称调用它。
• 将C声明为内部类，而不是std::map的别名。这样可以启用ADL而不破坏封装，但如果您希望它像std::map一样工作，可能有点棘手。

- Mike Seymour

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看起来不错！但是我用A::operator<<(std::cout, a);替换了std::cout << a << std::endl;，然后出现了error: ‘operator<<’ is not a member of ‘A’的错误。我做错了吗？ - unamourdeswann

@user980053：抱歉，现在我想想那也行不通；操作符只能通过ADL找到。就我个人而言，我可能会放弃重载<<的想法，并编写一个命名函数，例如static void B::print(std::ostream& os, const C &c)。 - Mike Seymour

@MikeSeymour：既然它已经是完全限定的，为什么还需要被任何东西找到呢？ - Lightness Races in Orbit

@LightnessRacesinOrbit：我相当确定，由于它没有在命名空间中声明，即使完全限定，它也只能通过ADL找到。但是我已经接近我的名称查找理解的极限了，如果我再想一下，我的大脑就会熔化。 - Mike Seymour

@MikeSeymour：仔细一想，我记得过去曾因这个荒唐的规则感到震惊和愤怒，所以它确实耳熟能详。我会在标准中花费最多十分钟查找，如果找不到就放弃。 - Lightness Races in Orbit

“friend name injection”是这个问题的关键。然而，在第11.3节中我仍然找不到适用的语言。参考链接：http://en.wikipedia.org/wiki/Barton%E2%80%93Nackman_trick#How_it_works - Lightness Races in Orbit

Answer 2

根据Mike Seymour的回答，这里提供第一种解决方案的示例。 需要在B类外定义operator<<()函数，并且暴露出B::C的实际类型。虽不完美但易读...

namespace A {

  // It has to expose the B::C's type
  std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const std::map<int, int> &c);

  class B {
  private:
    typedef std::map<int, int> C;
    C a;
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const B::C &c);
  public:
      B() {
        a[13] = 10;
        std::cout << a << std::endl;
      }
    };

  std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const B::C &c) {
    for (B::C::const_iterator p = c.begin(); p != c.end(); ++p) {
      os << (p->first) << "->" << (p->second) << " ";
    }
    return os;
  }
}

- Mine

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太棒了！唯一的缺点是我现在需要针对namespace A中每个map<int, int>定义operator<<。我希望我能将定义限制在C中... - unamourdeswann