对函数调用解析的困惑答案

【问题标题】：Confusion around function call resolution对函数调用解析的困惑
【发布时间】：2015-07-13 23:15:01
【问题描述】：

这个问题的灵感来自this one。考虑代码：

namespace ns {
  template <typename T>
  void swap(T& a, T& b) {
    using namespace std;
    swap(a, b);
  }
}

经过 GCC 的一些测试，我发现 swap(a, b); 解析为
1) std::swap 如果 T 已重载 std::swap（例如，标准容器类型）
2) ns::swap 否则会导致无限递归。
因此，编译器似乎会首先尝试在命名空间ns 中找到匹配项。如果找到匹配项，则搜索结束。但是当 ADL 进来的时候就不是这样了，在这种情况下，std::swap 无论如何都找到了。解决过程似乎很复杂。

我想知道在上述上下文中解析函数调用swap(a, b) 的过程中的幕后细节。参考标准将不胜感激。

【问题讨论】：

请注意，using namespace std; 等使用指令的行为非常特殊；他们没有使用 using std::swap 等声明。
@dyp 对此深有感触 :-)
据我所知，这个 using 指令不会做任何事情。它使名称空间std 的名称可见，就好像它们在此处的全局名称空间中声明一样，但是全局名称空间中的名称swap 对于ns::swap 内的纯非限定查找是隐藏的，因为名称空间ns 已经包含一个名称swap的成员。
所以，如果我理解正确，如果你把它改成使用 std::swap，我们会得到编译错误，因为编译器会同时看到 std::swap 和 ns::swap。
@AntonFrolov 这里涉及到两种名称查找机制：纯非限定查找和参数相关查找。纯非限定查找将在找到名称的下一个封闭范围内停止。使用using std::swap;，我们告诉它在块范围内停止 - 将找不到ns::swap，它是封闭命名空间范围的成员。另一方面，依赖于参数的查找搜索与参数类型相关的所有范围。

标签： c++ language-lawyer function-calls overload-resolution argument-dependent-lookup

【解决方案1】：

OP 中的代码等价于：

using std::swap; // only for name lookup inside ns::swap

namespace ns {
  template <typename T>
  void swap(T& a, T& b) {
    swap(a, b);
  }
}

为什么？因为像using namespace std; 这样的using-directives 有一个非常奇特的行为 C++14 [namespace.udir]p2:

using-directive 指定指定命名空间中的名称可以在using-directive之后出现的范围内使用 使用指令。在非限定名称查找期间，名称看起来好像它们是在最近的封闭命名空间中声明的其中包含 using-directive 和指定的命名空间。

包含命名空间std 和函数ns::swap 的块范围的最近封闭命名空间是全局命名空间。

使用声明，例如using std::swap;，实际上将名称引入它们出现的范围，而不是某些封闭范围。

诸如swap(a, b) 之类的函数调用表达式的查找称为非限定查找。标识符swap 没有被任何命名空间或类名限定，而ns::swap 则通过ns:: 限定。对潜在函数名称的非限定查找由两部分组成：纯非限定查找和参数相关查找。

纯非限定查找在最近的包含名称的封闭范围处停止。在 OP 的示例中，如上所示的等效转换所示，包含名称 swap 的声明的最近范围是命名空间 ns。不会搜索全局范围，不会通过纯非限定查找找到std::swap。

依赖于参数的查找搜索与参数类型关联的所有范围（此处：仅命名空间和类）。对于类类型，已在其中声明类的命名空间是关联范围。 C++ 标准库的类型，例如std::vector<int> 与命名空间std 相关联，因此如果T 是C++ 标准库类型，则可以通过表达式swap(a, b) 的参数相关查找找到std::swap。同样，您自己的类类型允许在它们已声明的命名空间中找到swap 函数：

namespace N2 {
    class MyClass {};
    void swap(MyClass&, MyClass&);
}

因此，如果依赖于参数的查找找不到比纯非限定查找更好的匹配项，您最终将递归调用 ns::swap。

调用swap unqualified（即swap(a, b)而不是std::swap(a, b)）背后的想法是假设通过参数相关查找找到的函数比std::swap更专业。为您自己的类模板类型特化一个函数模板，例如 std::swap 是不可能的（因为禁止部分函数模板特化），并且您不能将自定义重载添加到命名空间 std。 std::swap 的通用版本通常实现如下：

template<typename T>
void swap(T& a, T& b)
{
    T tmp( move(a) );
    a = move(b);
    b = move(tmp);
}

这需要一个移动构造加上两个移动分配，甚至可能回退到副本。因此，您可以在与这些类型关联的命名空间中为您自己的类型提供一个专门的交换函数。您的专用版本可以利用您自己的类型的某些属性或私有访问权限。

【讨论】：

你的速度更快，更详细，+1。
@Angew 我可能刚开始比较早；）
我只是认为为自定义类型重载std::swap 是标准做法。
@Lingxi 程序不得将定义或声明添加到std 命名空间“除非另有说明”[namespace.std]p1。 std::swap 没有这样的例外。我知道的常见做法是将swap 定义为非成员友元函数，可能在类体内定义。另请参阅stackoverflow.com/a/5695855 C++ 标准库定义的类型确实重载std::swap，但它们处于作为标准一部分的独特位置 - 并且std 是它们关联的命名空间（所以这遵循上述常见做法）。

【解决方案2】：

标准中最重要的部分是 7.3.4/2（引用 C++14 n4140，强调我的）：

using-directive 指定指定命名空间中的名称可以在 using-directive 出现在 using-directive 之后。 在非限定名称查找 (3.4.1) 期间，名称出现好像它们是在最近的封闭命名空间中声明的，其中包含 using-directive 和命名空间。

using-directive 位于:: ns 中的函数内部，并指定:: std。这意味着，出于非限定名称查找的目的，这个using-directive 的效果是::std 中的名称表现得就像它们在:: 中声明一样。特别是，不像他们在::ns中。

因为非限定名称查找从 ::ns 中的函数内部开始，它会先搜索 ::ns，然后再查找 ::。它找到了::ns::swap，所以它在那里结束，没有检查::，它会找到由using-directive 引入的::std::swap。

【讨论】：