模板类的一些友元函数表现出未定义的引用

Question

最初是在研究其他人之前提出的问题：Why string is not printed?C++。看到 OP 并没有完全利用 DataOut 和 GetData 的模板，所以我也尝试将它们制作为模板。

这是我最终得到的代码：

#include <iostream>
#include <string>

template<class T>
class Array{
public:
    T U[10];

    friend void DataOut(const Array&);
    friend void GetData(Array&);
};

template<class T>
void DataOut(const Array<T>& arr){
    std::cout << arr.U[0];
}

template<class T>
void Getdata(Array<T>& arr){
    std::cin >> arr.U[0];
    std::cin.clear();
}

int main(){
    Array<std::string> Arr1;
    Getdata(Arr1);
    DataOut(Arr1);
}

但是，DataOut 的引用未定义：main.cpp:(.text+0x3a): undefined reference to 'DataOut(Array<std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> > > const&)'

我找到了两种解决方法：

1. 在Array 类中定义DataOut。
2. 在 main 中调用 DataOut<std::String>，而不仅仅是 DataOut。

---

问题是，GetData 怎么没有出错？我还尝试以不同的顺序调用和定义它们，但结果仍然相同。

我有什么遗漏吗？还是我的编译器 (clang 7.0.0) 的错？

Answer 1

你声明了两个（家族）非模板友元函数

template<class T>
class Array{
public:
    T U[10];

    friend void DataOut(const Array&);
    friend void GetData(Array&);
};

如果您希望这样的非模板函数成为类模板特化的友元函数，您必须为该特化显式定义它。

这是一个演示程序。

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string>

template <typename T>
class A
{
private:
    T x = T();
    
    friend void f( const A & );
};

void f( const A<int> &a )
{
    std::cout << "a.x = " << a.x << '\n';
}

void f( const A<std::string> &a )
{
    std::cout << std::boolalpha << "a.x is empty = " << a.x.empty() << '\n';
}

int main() 
{
    f( A<int>() );
    f( A<std::string>() );
    
    return 0;
}

它的输出是

a.x = 0
a.x is empty = true

例如，如果您将在 main 中添加以下语句

f( A<long>() );

那么编译器就会报错，因为没有这样的非模板函数。类模板的这种特殊化的函数没有定义。

您可以在类中定义朋友非模板函数。在这种情况下，编译器将为类模板的每个特化实例化所谓的模板化实体。

就是这个函数模板声明

template<class T>
void DataOut(const Array<T>& arr){
    std::cout << arr.U[0];
}

与非模板友元函数DataOut没有任何共同之处。

关于这个问题

问题是，GetData 怎么没有出错？我也试过 以不同的顺序调用和定义它们，但仍然相同 结果。

那么你在类内和类外命名函数时有一个错字。那就是你有两个不同的函数GetData 和Getdata。

Answer 2

Vlad 回答了我的大部分问题。同时，我从一些 gcc 警告中想出了如何将朋友函数定义为模板函数：

template<class T>
class Array;         // Forward declaration of the Array<T> class

template<class T>
void DataOut(const Array<T>& arr){
    std::cout << arr.U[0];
}

template<class T>
class Array{
public:
    T U[10];

    friend void DataOut<>(const Array<T>&);    // `<>` used right after `DataOut`
}