(C++)专用模板类的友元函数

Question

#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T>
class test
{
    T y;

public:
    test(T k) : y(k) {}
    friend int a(T& x);
};

template <typename T>
int a(T& x)
{
    cout << x.y;
    return 9;
}

template <>
class test<int>
{
    int y;
public:
    test(int k) : y(k) {}
    friend int a(int& x);
};

template <>
int a<int>(int& x)
{
    cout << "4";
    return 0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    test<int> z(3);
    a(z);

    return 0;
}

我希望能创建一个测试类的友元类（在实际情况中，它是ofstream的operator<<）。但我不知道如何定义专门类的模板友元函数。

此外，上面的代码显示了以下编译错误消息;

error C2248: 'test::y' : cannot access private member declared in class 'test'

附加问题：

Aaron McDaid 对我来说很好用，但我正在尝试重载ofstream类的operator<<。

friend ofstream& operator<< <test<int>> (ofstream& os, const test<int>& t);

我在测试类中添加了上面的代码

template<>
ofstream& operator<< <test<int> > (ofstream& os, const test<int>& t)
{
    os << t.y;
    return os;
}

我使用了上面的代码。但似乎我不能使用os << t.y（它是int）。我不明白为什么会出现这种情况。错误信息如下：

error C2027: use of undefined type 'std::basic_ofstream<_Elem,_Traits>'

- Jaebum

Answer 1

这个朋友不是模板，而是普通函数：

friend int a(T& x); 

要拥有一个既是模板又是朋友的模板，请尝试：

template<class U>
friend int a(U& x); 

---

在评论中的讨论后，也许我应该表明我打算将这些声明用于 test 类及其特化：

template <typename T>
class test
{
    T y;

public:
    test(T k) : y(k) {}

    template<class U>
    friend int a(U& x); 
};

template <>
class test<int>
{
    int y;
public:
    test(int k) : y(k) {}

    template<class U>
    friend int a(U& x); 
};

一点小缺点是这会使得所有 a 函数都成为所有 test 类的友元函数，但通常不是很大的问题。

- Bo Persson

---

或者 friend int a<>(int& x);。 - Xeo

@Xeo，那不正确。a的参数是test<int>，而不是int。 - Aaron McDaid

@Aaron：是的，我没有注意到。然而，如果test以两种不同的类型被实例化，那么Bo的答案也是错误的，因为它会产生ODR冲突。 - Xeo

我同意，我已经发布了一个答案（g++ 4.4.3）。但我仍然很想听听其他（完全测试过的）解决方案。 - Aaron McDaid

你能否修改你的回答，以明确表示两个 friend 行都应该替换为你的 template<class U> friend int a(U& x);？这样正确吗？我没有对你的回答进行投票，但我还没有准备好百分之百地点赞 :-) - Aaron McDaid

Answer 2

(更新：这是一个经过充分测试的版本，可以在http://ideone.com/3KGU4上找到。对于附加问题，请参见http://ideone.com/w0dLo）。

普通的重载函数和模板函数之间存在差异。例如，开发人员可以声明不涉及模板的函数：

void f(int x);
void f(char *x);

另一种选择是，开发者可以使用模板。

template <class T> void f(T x);

一个主要的区别是，使用普通函数时，您必须提前决定一组允许的参数，并且必须为每个参数提供实现。而使用模板，则可以更加灵活。

在程序的后期，很明显您想要将 a 定义为一个模板函数，而不仅仅是一个（重载的）普通函数。但是当编译器首次看到 a 的提及（大约在第10行附近），它看起来像是在声明一个普通函数。为了解决这个问题，您必须采取两个步骤。必须尽早声明 a 是一个模板函数，因此您的第一行应该是：

template <typename T> int a(T& x);

然后您必须声明相关的友元。如果T是int，那么a需要一个test<int>&参数，而不是int&。因此，这两个友元行应该被替换为：

friend int a<test<T> >( test<T> & x); // around line 10
friend int a<test<int> >( test<int> & x); // around line 27

a的专业化应该是：

template <>
int a< test<int> >(test<int>& ) // around line 30

额外问题

使用 ostream 替代 ofstream（或者如果只输出到文件而不是 cout，则包含 #include <fstream>）。在我的答案中，operator << 不是一个模板，而是一个普通的重载函数。我不确定是否可能将 operator<< 设为模板。此外，我将运算符定义在声明它的地方，并声明为友元。说实话，我认为还有其他，也许更好的方法，但这对我有效。

- Aaron McDaid

---

请问您能否回答我上面的附加问题？ - Jaebum

Answer 3

试试这个，它能正常工作

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
class test;

template <typename T>
int a( test<T>& x);

template <typename T>
class test
{
    T y;

public:
    test(T k) : y(k) {}
    friend int a<T>( test<T>& x);
};

template <typename T>
int a( test<T>& x)
{
    cout << x.y;
    return 9;
}

template <>
class test<int>
{
    int y;
public:
    test(int k) : y(k) {}

    friend int a<int>( test<int> & x);
};

template <>
int a< int >( test<int> & x)
{
    cout << "4";
    return 0;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    test<int> z(3);
    a(z);

    return 0;
}

问题是，模板函数 a 接受一个 test 模板类的参数。如果你希望它们都具有相同的模板参数，那么我认为你需要明确地声明一下。

template <typename T>
    int a( test<T>& x);

此处也不需要为 int 专门定制函数 a（template<> int a(int& x)）。你需要有

template <> int a<int>( test<int> & x)

- ali_bahoo

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如果我尝试使用非专用测试，那么这对我来说是失败的。http://ideone.com/nQCFc 链接失败 prog.cpp:(.text+0x92): undefined reference to int a<long>(test<long>&)'` - Aaron McDaid

我决定暂时不会给任何东西点赞或点踩。事情一直出错！ - Aaron McDaid

特别是我不明白为什么我的原始代码（http://ideone.com/3KGU4）可以运行，而我对你的修改后的代码（http://ideone.com/nQCFc）却无法链接。 - Aaron McDaid

你的 template <typename U> int a(U& x) 应该改为 template <typename U> int a(test<U>& x)，以确保非特化版本能够正常工作。参见这里：http://ideone.com/EtuBD - Aaron McDaid

@AaronMcDaid：哎呀，是的，我忘了。这里是正确的代码。现在它可以工作了。 - ali_bahoo