如何将模板类 X 的模板成员函数声明为嵌套类 X::Y 的朋友

Question

我有一个模板类。它具有模板功能。两者都采用不同的模板参数。有一个内部类需要与封闭类的模板函数交朋友。编译器错误比比皆是。以下玩具示例显示了我的问题。

首先，以下当然是编译（VS 2017）：

template <typename T>
class Class1
{
    public:
        Class1() = default;
        ~Class1() = default;

        template <typename U>
        void Func(U& x) {};
};

class Class2
{
    public:
        Class2() = default;
        ~Class2() = default;

        template <typename T>
        template <typename U>
        friend void Class1<T>::Func(U& x);
};

int main()
{
    Class1<int> c1;
    return 0;
}

现在让我们将Class2 移动到Class1，不做其他更改：

template <typename T>
class Class1
{
    public:
        Class1() = default;
        ~Class1() = default;

        template <typename U>
        void Func(U& x){};

    class Class2
    {
        public:
            Class2() = default;
            ~Class2() = default;

            template <typename T> //Compiler error here.
            template <typename U>
            friend void Class1::Func(U& x);
    };
};

int main()
{
    Class1<int> c1;
    return 0;
}

现在我得到一个编译器错误：error C3856: 'Class1<T>::Func': class is not a class template

当类嵌套时，我尝试了各种方法来声明朋友，但我无法编译它。可能没有办法做我想做的事。

请注意，我正在尝试做的事情的语义（在实际代码中，而不是这个玩具示例中）是这样的，即 Func 应该是一个成员函数。这与迭代器或运算符无关，它们当然通常是非成员函数。我在这里看到了一些类似的问题，但它们通常与迭代器或运算符有关，我还没有找到适合我的解决方案的问题。

更糟的是，考虑到我的设计，将所有Class1 声明为Class2 的朋友是可以的（这样做可以让我解决这个问题）。 Class2 是一个与Class1 完全耦合的小助手类；它的所有特殊成员，除了析构函数和移动ctor，要么是私有的，要么是已删除的，Class1::Func 是唯一实例化Class2 的东西（并通过move ctor 将其返回给Class1 的用户）。因此，虽然与整个 Class1 成为朋友并不理想，但在紧要关头还是可以的。

提前致谢。

Answer 1

这似乎是 MSVS 编译器中的一个错误。 gcc 和 clang 都接受了带有 Scheff 更正的代码。作为临时解决方法，可以使用#ifdef：

#ifdef _MSC_VER
    friend class Class1;
#else
    template <typename U>
    friend void Class1::Func(U& x);
#endif

加法。Bug report。

Answer 2

我首先尝试在 wandbox.org 上使用 gcc HEAD 9.0.0 重现 OP 的问题并得到：

Start

prog.cc:17:23: error: declaration of template parameter 'T' shadows template parameter
17 |             template <typename T> //Compiler error here.
   |                       ^~~~~~~~
prog.cc:1:11: note: template parameter 'T' declared here
1 | template <typename T>
  |           ^~~~~~~~
prog.cc: In function 'int main()':
prog.cc:25:17: warning: unused variable 'c1' [-Wunused-variable]
25 |     Class1<int> c1;
   |                 ^~

1

Finish

修复很简单——T 已经是一个模板参数，必须在嵌套的friend 声明中重命名：

template <typename T>
class Class1
{
    public:
        Class1() = default;
        ~Class1() = default;

        template <typename U>
        void Func(U& x){};

    class Class2
    {
        public:
            Class2() = default;
            ~Class2() = default;

            template <typename T1> //Compiler error gone.
            template <typename U>
            friend void Class1<T1>::Func(U& x);
    };
};

int main()
{
    Class1<int> c1;
    return 0;
}

再次在 wandbox.org 上测试：

Start

prog.cc: In function 'int main()':
prog.cc:25:17: warning: unused variable 'c1' [-Wunused-variable]
25 |     Class1<int> c1;
   |                 ^~

0

Finish

如果打算 friend void Class1::Func(U& x); 依赖于相同的模板参数 T 就像 Class1 这将是替代解决方案：

template <typename T>
class Class1
{
    public:
        Class1() = default;
        ~Class1() = default;

        template <typename U>
        void Func(U& x){};

    class Class2
    {
        public:
            Class2() = default;
            ~Class2() = default;

            template <typename U>
            friend void Class1::Func(U& x);
    };
};

int main()
{
    Class1<int> c1;
    return 0;
}

再次在 wandbox.org 上测试：

Start

prog.cc: In function 'int main()':
prog.cc:24:17: warning: unused variable 'c1' [-Wunused-variable]
24 |     Class1<int> c1;
   |                 ^~

0

Finish