为什么该模板函数不编译？答案

【问题标题】：Why doesn't that template function compile?为什么该模板函数不编译？
【发布时间】：2012-09-07 02:28:27
【问题描述】：

这是一个非常短的 sn-p，它不能用 g++ 4.7.1 编译（顺便说一下，它也不能用 gcc 4.6.3 编译）。

#include <iostream>

template<typename T>
struct Foo
{
    template<typename U>
    friend std::ostream& operator<<(Foo&, U&);
};

template<typename T, typename U>
std::ostream& operator<<(Foo<T> foo, U& u)
{
    std::cout << u;
    return std::cout;
}

int main()
{
    Foo<int> f;
    f << "bar";
    return 0;
}

这就是 gcc 4.7.1 的输出（4.6.3 说的几乎相同）。

/tmp/ccNWJW6X.o: 在函数main': main.cpp:(.text+0x15): undefined reference tostd::basic_ostream >& 运算符

谁能解释一下原因？

编辑

我也尝试过使用 clang 3.1，它说的完全一样。

【问题讨论】：

标签： c++ templates gcc linker template-function

【解决方案1】：

与模板的关系可能有点复杂......让我们看看你的代码做了什么：

template<typename T>
struct Foo {
    template<typename U>
    friend std::ostream& operator<<(Foo&, U&);  // [1]
};
template<typename T, typename U>
std::ostream& operator<<(Foo<T> foo, U& u) {    // [2]
    std::cout << u;
    return std::cout;
}

当您使用类型实例化Foo 时，例如int，[1] 中的朋友声明声明了一个模板函数：

template <typename U>
std::ostream& operator<<(Foo<int>&,U&);

但是该函数在任何地方都不存在，您在 [2] 中提供的是一个带有两个参数的模板：

template<typename T, typename U>
std::ostream& operator<<(Foo<T> foo, U& u);

关键是在模板实例化的同时处理友元声明，此时Foo代表当前实例化得到的类型。

您想要做的事情有不同的选择，最简单的是将朋友声明更改为：

template<typename W, typename U>
friend std::ostream& operator<<(Foo<W> foo, U& u);

它声明了一个带有两个参数的模板（W 和 U 在此处未绑定），并在命名空间级别匹配您的定义。

另一个选项是在类模板定义中定义友元函数，在这种情况下，您可以保留原始签名。有关不同替代方案的更多信息，请查看其他 answer

【讨论】：

【解决方案2】：

您实际上并没有为 Foo 编写输出运算符

请注意，这两个函数的签名非常不同

【讨论】：