C++ 运算符查找规则/Koenig 查找

Question

在编写测试套件时，我需要提供 operator<<(std::ostream&... 的实现以供 Boost 单元测试使用。

这行得通：

namespace theseus { namespace core {
    std::ostream& operator<<(std::ostream& ss, const PixelRGB& p) {
        return (ss << "PixelRGB(" << (int)p.r << "," << (int)p.g << "," << (int)p.b << ")");
    }
}}

这不是：

std::ostream& operator<<(std::ostream& ss, const theseus::core::PixelRGB& p) {
    return (ss << "PixelRGB(" << (int)p.r << "," << (int)p.g << "," << (int)p.b << ")");
}

显然，当 g++ 尝试解决运算符的使用时，第二个未包含在候选匹配中。为什么（是什么规则导致的）？

调用 operator<< 的代码在 Boost 单元测试框架的深处，但这里是测试代码：

BOOST_AUTO_TEST_SUITE(core_image)

BOOST_AUTO_TEST_CASE(test_output) {
    using namespace theseus::core;
    BOOST_TEST_MESSAGE(PixelRGB(5,5,5)); // only compiles with operator<< definition inside theseus::core
    std::cout << PixelRGB(5,5,5) << "\n"; // works with either definition
    BOOST_CHECK(true); // prevent no-assertion error
}

BOOST_AUTO_TEST_SUITE_END()

作为参考，我使用的是 g++ 4.4（尽管目前我假设这种行为符合标准）。

Answer 1

在参数相关查找（koenig 查找的正确名称）中，编译器将在每个参数的命名空间中声明的函数添加到重载函数集。

在您的情况下，第一个 operator<< 在命名空间 thesus::core, 中声明，这是您调用运算符的参数的类型。因此，这个operator<< 被考虑用于 ADL，因为它是在关联的命名空间中声明的

在第二种情况下，operator<< 似乎是在不是关联命名空间的全局命名空间中声明的，因为参数 1 的类型来自命名空间 std，参数 2 的类型来自命名空间 theseus::core。

实际上，您的第二个 operator<< 可能没有在全局命名空间中声明，因为可以通过查看父范围来找到它。也许您有更多类似的东西？如果您可以发布更多代码，我们可以给出更好的答案。

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好的，我记得，当 ADL 在当前作用域中找到名称时，它不会在父作用域中查找。所以 boost 宏 BOOST_TEST_MESSAGE 扩展为包含一个 operator<< 并且在范围树中有一些在表达式和全局范围之间不可行的 operator<<。我更新了代码来说明这一点（希望如此）。

#include <iostream>

namespace NS1
{
  class A
  {};

  // this is found by expr in NS2 because of ADL
  std::ostream & operator<<(std::ostream &, NS1::A &);
}


// this is not seen because lookup for the expression in NS2::foo stops when it finds the operator<< in NS2
std::ostream & operator<<(std::ostream &, NS1::A &);

namespace NS2
{
    class B
    {};

    // if you comment this out lookup will look in the parent scope
    std::ostream & operator<<(std::ostream &, B &);

    void foo(NS1::A &a)
    {
        std::cout << a;
    }  
}

Answer 2

运算符重载就像一个函数，但不同，其中一个区别是命名空间查找。

与函数一样，运算符重载也属于命名空间，但确定函数范围的方式是不切实际的。想象一下，如果您的代码必须调用

std::cout thesus::core::<< p; // ouch and obviously incorrect syntax

因此，<< 运算符必须位于参数之一的命名空间中，std（对于 cout）或 p 的命名空间，在本例中为 thesus::core。

这就是 Koenig Lookup 原则。您必须在正确的命名空间中定义运算符重载。