内部类使用外部类模板参数但仅在使用`ostream`时编译失败

Question

当内部类使用外部类的模板参数时遇到编译器错误，我在内部类型的成员上实例化外部类的输出流运算符。

我花了很多时间试图解决这个问题。我相信以下来源很接近，但我仍然不明白为什么我会遇到编译失败。

• https://isocpp.org/wiki/faq/templates#nondependent-name-lookup-types
• https://msdn.microsoft.com/en-us/library/71dw8xzh.aspx

代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>

template <typename T>
struct Outer
{
    struct Inner
    {
        Inner(const T& val = T());
        T data_;
    }; // end class Inner

    Outer();

    void AddInnerChildToOuter(const T& data);
    std::vector<typename Outer<T>::Inner> innerChildren_;
}; // end class Outer


// Inner constructor
template <typename T>
Outer<T>::Inner::Inner(const T& val) : data_(val)
{
}

template <typename T>
std::ostream& operator<<(std::ostream& strm, // Line 27
                         const typename Outer<T>::Inner& gn)
{
    strm << gn.data_ << std::endl;
    return strm;
}

// Outer constructor
template <typename T>
Outer<T>::Outer()
{
}

template <typename T>
void Outer<T>::AddInnerChildToOuter(const T& data)
{
    typename Outer<T>::Inner node(data);
    innerChildren_.push_back(node);
}

template <typename T>
std::ostream& operator<<(std::ostream& strm, const Outer<T>& g)
{
    for (size_t i = 0; i < g.innerChildren_.size(); ++i)
        std::cout << g.innerChildren_[i] << std::endl; // Line 51
    return strm;
}

int main()
{
    Outer<int> g;
    g.AddInnerChildToOuter(3);
    g.AddInnerChildToOuter(5);
    std::cout << g << std::endl; // Line 60
    return 0;
}

我在外部调用了相应的输出流运算符的外部ostream operator << 出现编译器错误。我没有发布编译器错误消息的全部内容；就是我认为相关的。

$ g++ -Wall -W -Wextra -pedantic -ansi OuterInnerArgh.cpp 
OuterInnerArgh.cpp: In instantiation of ‘std::ostream& operator<<(std::ostream&, const Outer<T>&) [with T = int; std::ostream = std::basic_ostream<char>]’:
OuterInnerArgh.cpp:60:18:   required from here
OuterInnerArgh.cpp:51:19: error: no match for ‘operator<<’ (operand types are ‘std::ostream {aka std::basic_ostream<char>}’ and ‘const Outer<int>::Inner’)
         std::cout << g.innerChildren_[i] << std::endl;
         ~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

（截断编译器对各种ostream 重载的尝试；下面有更多编译器错误消息）

OuterInnerArgh.cpp:27:15: note: candidate: template<class T> std::ostream& operator<<(std::ostream&, const typename Outer<T>::Inner&)
 std::ostream& operator<<(std::ostream& strm,
               ^~~~~~~~
OuterInnerArgh.cpp:27:15: note:   template argument deduction/substitution failed:
OuterInnerArgh.cpp:51:19: note:   couldn't deduce template parameter ‘T’
         std::cout << g.innerChildren_[i] << std::endl;
         ~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
OuterInnerArgh.cpp:48:15: note: candidate: template<class T> std::ostream& operator<<(std::ostream&, const Outer<T>&)
 std::ostream& operator<<(std::ostream& strm, const Outer<T>& g)
               ^~~~~~~~
OuterInnerArgh.cpp:48:15: note:   template argument deduction/substitution failed:
OuterInnerArgh.cpp:51:19: note:   ‘const Outer<int>::Inner’ is not derived from ‘const Outer<T>’
         std::cout << g.innerChildren_[i] << std::endl;
         ~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

（截断其余的编译器错误）

请告诉我为什么会遇到编译器错误 -

• 即使我有一个ostream operator << 代表typename Outer<T>::Inner&
• 即使我在相关的地方“洒”了typename“magic-dust”
• 仅适用于外部ostream 运算符，不适用于构造函数或内部ostream 运算符（后者可能根本没有实例化？）

为什么编译器会说‘const Outer<int>::Inner’ is not derived from ‘const Outer<T>’？ （是的，没有继承，但是内部类型定义嵌套在外部）

Answer 1

由于non-deduced context 导致模板参数推导失败，因此出现编译错误。

在以下情况下，用于构成 P 的类型、模板和非类型值不参与模板参数推导，而是使用在其他地方推导或显式指定的模板参数。如果模板参数仅在非推导上下文中使用且未显式指定，则模板参数推导失败。

1. 使用限定 ID 指定的类型的嵌套名称说明符（范围解析运算符 :: 左侧的所有内容）：

例如，如果您明确指定模板参数（以丑陋的风格），它将编译。在operator<< 中为Outer：

operator<< <T> (strm, g.innerChildren_[i]);
//         ^^^

你可以将operator<<设为非模板（绕过类型推断的麻烦），然后你必须在类定义中将它定义为friend。例如

struct Inner
{
    Inner(const T& val = T());
    T data_;
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& strm,
                                    const Inner& gn)
    {
        strm << gn.data_ << std::endl;
        return strm;
    }
};

LIVE

Answer 2

解决这个问题

std::cout << g.innerChildren_[i] << std::endl; // Line 51

成为

std::cout << g.innerChildren_[i].data_ << std::endl; // Line 51

因为您尝试使用未定义的运算符<<

如果依赖第(27)行定义的操作符，修改第(50)行使其正确调用，如下

for (size_t i = 0; i < g.innerChildren_.size(); ++i)
{
    operator<< <T>(strm, g.innerChildren_[i]);
    strm << std::endl;
}