没有前向声明的不完整嵌套类型是否有语法？

Question

以下程序会产生诊断错误。

#include <memory>
class Containing {
    // class Nested;                 // [1]: This line seems required.
    typedef std::shared_ptr<class Nested> Ptr;
    class Nested {
        Ptr & ptr ();
        void foo (const Ptr &p) {
            p->ptr() = ptr()->ptr(); // [2]: Error here without [1]
        }
    };
};
int main () {}

生成的诊断是：

prog.cpp:8:14: error: invalid use of incomplete type 'class Nested'
             p->ptr() = ptr()->ptr();
              ^
prog.cpp:4:35: error: forward declaration of 'class Nested'`
     typedef std::shared_ptr<class Nested> Ptr;
                                   ^

但是，如果我取消注释前向声明，则编译成功。我相信原因是Nested 在用于shared_ptr<> 时被假定为没有嵌套。如果是这样，是否有一种语法可以让shared_ptr<> 知道Nested 是嵌套的而没有前向声明？比如：

class Containing {
    typedef std::shared_ptr<class Containing::Nested> Ptr;
    //...

---

这个问题使用一个最小的例子来说明问题。实际结构如下：

class Containing {
    typedef std::shared_ptr<class NestedInterface> Ptr;
    class NestedObject {
        Ptr ptr_;
        //...
    };
    class NestedInterface {
        virtual NestedObject & object () = 0;
        void foo (const Ptr &p) {
            // ...
        }
        //...
    };
    class NestedType1 : NestedInterface {
        NestedObject obj_;
        NestedObject & object () { return obj_; }
        //...
    };
    class NestedType2 : NestedInterface {
        Containing &c_;
        NestedObject & object () { return c_.nested_object_; }
        //...
    };
    //...

Answer 1

没有。

但是，您根本不需要避免前向声明。这有效：

class Containing {
    class NestedInterface;
    typedef std::shared_ptr<NestedInterface> Ptr;
    class NestedObject {
        Ptr ptr_;
        //...
    };
    class NestedInterface {
        // ...
    };
};

有时类中的交叉依赖项可能会使这很难做到。在这种情况下，您需要做的就是避免内联定义引用类，而是将 other 类声明为外联，如下所示：

class Containing {
    class NestedInterface;
    class NestedObject;
    typedef std::shared_ptr<NestedInterface> Ptr;
};
class Containing::NestedObject {
    Ptr ptr_;
    //...
};
class Containing::NestedInterface {
};

请注意，一般来说，在 C++ 中，嵌套类不能像在其他语言中那样随意使用——通常可以使用外部类来实现相同的效果，而且它们的表现要好得多。 （它们不需要外部类的定义。）只有在少数情况下它们是绝对必要的。 （想到了std::allocator<T>::rebind<U>。）

Answer 2

您应该将声明 class Nested; 保留在其中。

声明Ptr 和Nested 关系是先有鸡还是先有蛋的问题，而前向声明是处理该问题的正确方法。

编译器需要知道标记Nested 是一个类，而不是别的东西。在编译器到达Ptr 时，该信息就足够了，并且类的详细信息尚不相关。然后编译器到达完整的Nested 声明，详细信息可用于该类的所有未来使用。