限制多个模板参数友元函数可访问的类实例的范围

Question

我想知道我的目标是否可行。

我有一个类这样的类

#include<iostream>

template<class T> class Class;
template<class T, class W> Class<W> f(Class<T>& C, const Class<T>& D);

template<class T> class Class {
protected: // this could be private
    T m_t;
public:
    Class(): m_t(T()) {}
    Class(T t): m_t(t) {}
    T& getT() { return m_t; }
    template<class U, class W> friend Class<W> f(Class<U>& C, const Class<U>& D);
};

template<class T, class W> Class<W> f(Class<T>& C, const Class<T>& D)
{
    C.m_t += D.m_t;
    Class<W> R;
    std::cout << R.m_t << std::endl; // I don't want this to be possible
    return R;
}

int main()
{
    Class<int> C(42), D(24);
    std::cout << f<int, char>(C, D).getT() << std::endl;
}

但是通过这种方式，f 可以访问 Class 实例的私有/受保护成员，其中 Class 的类型与 f 的参数类型不同，就像在行中一样

std::cout << R.m_t << std::endl;

（R是W类型，不是T）

我的问题是：有没有一种方法可以将 f 定义为友元函数，该函数具有指定返回类型 (W) 的模板参数，但只能访问与以下类型相同的 Class 对象的私有/受保护成员它的参数类型？

编辑 1：@cantordust 提交的解决方案虽然干净且美观，但当 Class 和 f 位于命名空间中时不起作用，唉，它不适合更一般的用例。 例如，如果在对 cantordust 代码的修改中，namespace n 在 include 声明之后开始，并在 main 函数之前结束，那么除了将 using n::f; 放入 main 之外，没有其他方法可以使用f，其中，连同它的含义，对于编写良好的 C++ 代码是不可原谅的。

编辑2：还有另一种解决方案：定义一个成员函数，并可选地定义一个具有相同参数的类似常规函数，并从中调用成员函数。 代码看起来像这样：

// inside Class
template<class W> Class<W> f(Class& C, Class& D);
//outside Class
template<class T> template<class W> Class<W> Class<T>::f(Class<T>& C, Class<T>& D)
{ /* definition */ }

定义正则函数的过程是显而易见的。

Answer 1

你可以通过模板类间接

template<class T> class Class;
template<typename>
struct fs;

template<class T> class Class {
protected: // this could be private
    T m_t;
public:
    Class(): m_t(T()) {}
    Class(T t): m_t(t) {}
    T& getT() { return m_t; }
    friend struct fs<T>;
};

template<typename T>
struct fs
{
    template<typename W>
    static Class<W> f(Class<T>& C, const Class<T>& D)
    {
        C.m_t += D.m_t;
        Class<W> R;
        std::cout << R.m_t << std::endl; // ill-formed
        return R;
    }
};

template<class T, class W>
Class<W> f(Class<T>& C, const Class<T>& D)
{
    return fs<T>::template f<W>(C, D);
}

Live.

间接是必要的，因为您无法与部分专业化成为朋友。

Answer 2

在温和的假设下，您不需要辅助结构：

#include<iostream>

template<class T> class Class;
template<typename U, typename W>
Class<W> f(Class<U>& C, const Class<U>& D);

template<class T>
class Class
{
protected: // this could be private

    T m_t;

public:
    Class()
        :
          m_t(T())
    {}

    Class(T t)
        :
          m_t(t)
    {}

    T& getT()
    {
        return m_t;
    }

    template<typename U, typename W>
    friend Class<W> f(Class<T>& C, const Class<T>& D)
    {
        C.m_t += D.m_t;
        Class<W> R;
        std::cout << R.m_t << std::endl; // I don't want this to be possible
        return R;
    }
};

int main()
{
    Class<int> C(42), D(24);
    std::cout << f<int, char>(C, D).getT() << std::endl;
}

Demo here