链接器可以区分模板函数和非模板函数吗？

Question

我发现了模板友元函数需要像这样前向声明的规则：

template<typename T>
class Rational;
template<typename T>
const Rational<T> operator* (const Rational<T>& lhs, const Rational<T>& rhs);

template<typename T>
class Rational {
public:
    friend
    const Rational operator *<> (const Rational& lhs, const Rational& rhs);
};

template<typename T>
const Rational<T> operator* (const Rational<T>& lhs, const Rational<T>& rhs)
{
  return Rational<T>();
}

int main(void)
{
  Rational<int> r;
  r = r * r;
  return 0;
}

不仅仅是写作

template<typename T>
class Rational {
public:
    friend
    const Rational operator * (const Rational& lhs, const Rational& rhs);
};

template<typename T>
const Rational<T> operator* (const Rational<T>& lhs, const Rational<T>& rhs)
{
  return Rational<T>();
}

并阅读explanation 声明：

当编译器在类定义中正确地看到友元行时，就会发生障碍。那时它还不知道友元函数本身就是模板；它假定它们是非模板...

...这种假设会导致编译器生成对非模板函数的调用，但链接器会给您一个“未定义的外部”错误，因为您从未真正定义过那些非模板函数。

但在我的理解r * r 应该实例化

const Rational<int> operator* (const Rational<int>& lhs, const Rational<int>& rhs);

这和成为Rational<int>的朋友有什么不同？

编译器/链接器可以区分模板函数和非模板函数吗？

Answer 1

根据语言规则（[temp.fct]/2）：

非模板函数与函数模板无关（即，它从不被视为特化），即使它与可能生成的函数模板特化具有相同的名称和类型。

使用第二个 sn-p，当 Rational<int> 被实例化时，其主体中的朋友声明引入了一个非模板函数的声明：

const Rational<int> operator*(const Rational<int>&, const Rational<int>&);

程序中不存在这个函数的定义，事实上，operator* 模板甚至没有被实例化，因为它失去了对非模板operator* 的重载决议。所以从链接器的角度来看，根本就没有operator*。

但是即使 operator* 模板已经被实例化，导致编译器发出一个定义

const Rational<int> operator*<int>(const Rational<int>&, const Rational<int>&);

这是一个不同于非模板operator* 的函数，其定义实际上是r * r 所要求的。如果链接器允许r * r 调用模板特化，这将导致r * r 调用一个与标准规定它应该调用的函数不同的函数。 （但是，从技术上讲，链接器没有义务发出错误消息，因为这是“无需诊断”错误。）

这就是为什么需要事先声明 operator* 模板并确保朋友声明引用该模板（或其特化）的原因。