包含命名空间的类模板的前向声明导致编译错误

Question

我有一个 example1 和一个 example2，它使用一个类模板的前向声明，前缀为相应类模板的命名空间。第一个示例使用 visual-studio 编译得很好，而第二个示例不能。我对照其他编译器（http://rextester.com）检查了这两个示例。现在我有两个问题：

• 在前向声明中使用命名空间似乎是非法的。为什么？

• Visual Studio（2015 和 2017）似乎允许在 first 示例中使用附加命名空间的前向声明，但在第二个示例中不允许。这是一个错误吗？

示例 1：

#include <vector>

namespace N1
{
    template <typename T> struct MySystem {};
    template <typename T> class Other {};

    struct MyClass
    {
        MyClass() { typename Dependencies::TYPE_A oTYPE_A; }

        struct Dependencies
        {
            template <typename>
            class N1::Other;

            struct TypeX_Dependencies;

            using TYPE_A = N1::MySystem<N1::Other<TypeX_Dependencies>>;

            struct TypeX_Dependencies
            {
                using TYPE_A = typename Dependencies::TYPE_A;
            };

            using TYPE_X = N1::Other<TypeX_Dependencies>;
        };
    };
}

int main(){ return 0; }

c++ (gcc 5.4.0)
source_file.cpp:15:23: error: invalid use of template-name ‘N1::Other’ without an argument list class N1::Other;

c++ (clang 3.8.0)
source_file.cpp:15:23: error: non-friend class member 'Other' cannot have a qualified name class N1::Other;
source_file.cpp:15:19: error: forward declaration of class cannot have a nested name specifier class N1::Other;

c++（vc++ 19.00.23506 for x64 / 还有 vs community 2017 15.4.4）
compiles fine

示例 2：

#include <vector>

namespace N1
{
    template <typename T> struct MySystem {};
    template <typename T> class Other {};

    template <typename T>
    struct MyClass
    {
        MyClass() { typename Dependencies::TYPE_A oTYPE_A; }

        struct Dependencies
        {
            template <typename>
            class N1::Other;

            struct TypeX_Dependencies;

            using TYPE_A = N1::MySystem<N1::Other<TypeX_Dependencies>>;

            struct TypeX_Dependencies
            {
                using TYPE_A = typename Dependencies::TYPE_A;
            };

            using TYPE_X = N1::Other<TypeX_Dependencies>;
        };
    };
}

int main(){ return 0; }

c++ (gcc 5.4.0)
source_file.cpp:16:23: error: invalid use of template-name ‘N1::Other’ without an argument list class N1::Other;

c++ (clang 3.8.0)
source_file.cpp:16:23: error: non-friend class member 'Other' cannot have a qualified name class N1::Other;
source_file.cpp:16:19: error: forward declaration of class cannot have a nested name specifier class N1::Other;

c++（vc++ 19.00.23506 for x64 / 还有 vs community 2017 15.4.4）
source_file.cpp(16): error C3855: 'N1::Other': template parameter 'T' is incompatible with the declaration
source_file.cpp(24): note: see reference to class template instantiation 'N1::MyClass<T>::Dependencies' being compiled
source_file.cpp(29): note: see reference to class template instantiation 'N1::MyClass<T>' being compiled
source_file.cpp(20): error C3203: 'Other': unspecialized class template can't be used as a template argument for template parameter 'T', expected a real type

Answer 1

是的，这是一个错误。

根据[dcl.type.elab]/1，

...如果 elaborated-type-specifier 是声明的唯一组成部分，则声明格式错误，除非它是显式特化、显式实例化或具有以下形式之一：

• 类键属性说明符序列_opt标识符;
• friend class-key ::_opt标识符 ;
• friend class-key ::_optsimple-template-id ;
• friend class-key nested-name-specifier identifier ;
• friend class-key nested-name-specifier template_optsimple-template-id ;

您的声明 class N1::Other 既不是显式特化，也不是显式实例化，因此它必须具有强调形式（忽略那些 friend 声明）。请注意，强调形式中的 identifier 之前不允许有 nested-name-specifier，因此声明格式不正确。下面没有模板的例子中Clang的编译错误就说明了这个问题。

namespace N {
    struct S;
}
struct N::S; // error: forward declaration of struct cannot have a nested name specifier

LIVE EXAMPLE（顺便说一句，GCC 接受此代码，只是警告说没有新的要声明的内容。我猜这是 GCC 的一个错误。）

这里template-headtemplate <typename>没有帮助，因为class N1::Other本身应该根据template-head的语法定义形成一个声明，因此上述段落适用。

粗略地说，与声明同名类的范围不同的类的声明应该引入一个新类，在这种情况下，nested-name-specifier不应该是使用，或定义先前声明的类，在这种情况下，语法形成class-specifier 而不是详细类型说明符，因此上面的段落不适用。总而言之，这条规则是合理的。