“std::cout << std::endl;”如何编译？答案

【问题标题】：How does "std::cout << std::endl;" compile?“std::cout << std::endl;”如何编译？
【发布时间】：2017-05-13 14:37:57
【问题描述】：

大多数IO stream manipulators 是具有以下签名的常规函数：

std::ios_base& func( std::ios_base& str );

但是，一些操纵器（包括最常用的操纵器 - std::endl 和 std::flush）是以下形式的模板：

template< class CharT, class Traits >
std::basic_ostream<CharT, Traits>& func(std::basic_ostream<CharT, Traits>& os);

那么，在下面的例子失败的情况下，std::cout << std::endl; 的编译如何成功：

$ cat main.cpp 
#include <iostream>

int main()
{
    auto myendl = std::endl;
    std::cout << myendl;
}

$ g++ -std=c++11    main.cpp   -o main
main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:5:24: error: unable to deduce ‘auto’ from ‘std::endl’
     auto myendl = std::endl;
                        ^

很明显，上下文（在std::cout << std::endl; 中）有助于编译器消除对std::endl 的引用的歧义。但是管理该程序的规则是什么？重载决议看起来像是一个真正的挑战，它必须同时回答两个问题：

std::endl<CharT, Traits>() 是指std::endl 的哪个专业化？
operator<< 指的是哪个函数？

模板参数推导 (1) 应该在重载决议 (2) 之前发生，但似乎需要执行 (2) 的（至少一部分）才能使 (1) 成功。

有些相关但绝不重复的问题是：

这些问题和对它们的答案都没有解决模板参数推导的工作原理，该推导应该在重载解决之前但必须得到后者的帮助。

后续问题： How does overload resolution work when an argument is an overloaded function?

【问题讨论】：

@πάνταῥεῖ 这个问题不是重复的。 Dietmar Kühl 的回答甚至没有包含我在非常不同的问题中要求的信息（它只声明“编译器自动推断模板参数”，而我很好奇该推断是如何工作的）。
@Leon 您能否在您的问题中提出您的论点，为什么您认为在 Dietmar 或其他答案中没有明确解释？我可能会考虑重新提出您的问题。
@πάνταῥεῖ 我已经在我的编辑中添加了这些论点（在问题结束之前）。
好吧，询问时以minimal reproducible example 开头。
coliru.stacked-crooked.com/a/5dd253353203104e

标签： c++ templates overload-resolution iomanip

【解决方案1】：

有问题的operator<< 是std::basic_ostream 的成员：

namespace std {
    template <class charT, class traits = char_traits<charT> >
    class basic_ostream {
    public:
        basic_ostream<charT,traits>& operator<<(
          basic_ostream<charT,traits>& (*pf)(basic_ostream<charT,traits>&));
        // ...
    };
}

由于调用的是std::cout << std::endl，或者等效的std::cout.operator<<(std::endl)，我们已经知道basic_ostream的确切实例化：std::basic_ostream<char, std::char_traits<char>>，又名std::ostream。所以cout的成员函数看起来像

std::ostream& operator<<(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char>>& (*pf)
    (std::basic_ostream<char, std::char_traits<char>>&));

这个成员函数不是函数模板，只是一个普通的成员函数。那么剩下的问题是，是否可以使用名称std::endl 作为参数来调用它？是的，初始化函数参数相当于初始化变量，就像我们写的一样

std::basic_ostream<char, std::char_traits<char>>& (*pf)
    (std::basic_ostream<char, std::char_traits<char>>&) = std::endl;

【讨论】：

谢谢。在这种情况下，您的回答提供了帮助我更好地理解重载解决方案的提示。我发布了一个更抽象的问题：stackoverflow.com/questions/40343663/…

【解决方案2】：

给定一个语句表达式的形式

 std::cout << std::endl;

编译器有关于 std::cout 类型的信息 - 这是模板化 std::basic_ostream 的特化，看起来像（省略包含 namespace std）。

template <class charT, class traits = char_traits<charT> >
    class basic_ostream
{
    public:
        basic_ostream<charT,traits>& operator<<(
            basic_ostream<charT,traits>& (*pf)(basic_ostream<charT,traits>&));

        // other members ....
};

由于编译器有关于std::cout 类型的信息，它知道charT 和traits 是专门化前面的模板。

以上导致表达式std::cout << std::endl中的std::endl匹配到特定的std::basic_ostream<charT, traits>& endl( std::basic_ostream<charT, traits>&)。

原因类型推导不起作用

 auto myendl = std::endl;

是因为std::endl 是一个模板化函数，并且此声明没有提供专门化该模板的信息（即选择charT 或traits 是什么）。如果不能特化模板化的std::endl，就无法推断出该函数的返回类型，所以类型推导失败。

【讨论】：

【解决方案3】：

因为basic_ostream 有一个operator<< 的模板化重载，它只需要这样一个函数指针：

basic_ostream<charT, traits>& operator<<(basic_ios<charT, traits>& (*pf)(basic_ios<charT, traits>&));

【讨论】：

在这种情况下重载解析是如何工作的（请参阅更新的问题）？

【解决方案4】：

你需要把

namespace std {
template <class charT, class traits = char_traits<charT> >
class basic_ostream {
public:
    basic_ostream<charT,traits>& operator<<(
      basic_ostream<charT,traits>& (*pf)(basic_ostream<charT,traits>&));
    // ...
};

}

endl 的作用类似于“/n”来跳过该行，因此您需要一个 cout 行来跳过

【讨论】：