如何使模板类的一个实例与同一模板的另一个实例成为朋友答案

【问题标题】：How to befriend one instantiation of template class with other one of the same template如何使模板类的一个实例与同一模板的另一个实例成为朋友
【发布时间】：2015-10-25 15:00:08
【问题描述】：

我有一个模板类，它仅将模板参数用于用户界面功能，并在内部将数据保存在某些字段中，例如示例中的i。 i 的类型没有被模板化。所有实例化必须协同工作并访问i，但i 不能从模板的用户外部访问。问题是如何让同一模板的不同实例成为朋友。他们必须访问其他实例化的私有数据，而所有这些实例化在内部都是一样的。

假设，我想比较模板的不同实例，如下例所示。这里i用其他模板参数实例化是私有的，如果我尝试声明这个模板friend，它就不起作用。我知道，我可以在类模板之外定义operator ==，但假设我需要做一些函数，比如is_same，它必须是一个成员，我希望它的主体在类声明的内部。

#include <iostream>

template<typename T>
class C
{
    template<typename U> // ????????
    friend class C;

    template<typename U>
    friend bool operator == (C const& c1, C<U> const& c2) noexcept
    {
      return c1.i == c2.i;
    }

    int i;

  public:

    C(): i {0} {}
    C(int val): i {val} {}

    template<typename U>
    bool is_same(C<U> const& c)
    {
      return c.i == i;
    }

}; // template class C

int main()
{
  C<int>  c1 {5};
  C<char> c2 {5};

  if (c1 == c2) std::cout << "All ok" << std::endl;
  else          std::cout << "Very bad" << std::endl;

  if (c1.is_same(c2)) std::cout << "All ok" << std::endl;
  else                std::cout << "Very bad" << std::endl;

  return 0;
}

编译错误（gcc 5.1 -std=c++14）

~/main.cpp:15:9: error: «int C<char>::i» is private

【问题讨论】：

你最近不是问过同样的问题吗？
干得好，你发现了一个 Clang 错误 AFAICS。
毕竟，看起来您要求的是 XY 问题。您能否详细说明您需要这个的实际用例。
如果您不能信任了解正在发生的事情并对您的代码发表评论的人，那么您作为 stackoverflow 主问者的运营商将不会太成功。
我移动模板 bool operator == (C const& c2) const noexcept { return i == c2.i; } 到公共部分，所有编译都可以使用 gcc 5.2/clang 3.7

标签： c++ templates c++14

【解决方案1】：

那么为什么不使用类内部编译，并在课堂外编译。

当你有这个时：

  template <typename T> struct C { 
  template<typename U>
  friend bool operator == (C const& c1, C<U> const& c2)
  {
    return c1.i == c2.i;
  }
  };
  C<int>() == C<char>()

两个::operator== 是在class C 的外部范围内生成的，在我们的例子中是在全局命名空间中：::operator==<char>(C<int> const& c1, C<char> const& c2)(1) 和 ::operator==<int>(C<char> const& c1, C<int> const& c2)(2)，第一个是C<int>的朋友，第二个是C<char>的朋友。编译器使用（1）。 (1) 是C<int> 的唯一朋友所以编译时出错。

但是如果你写这样的代码：

template <typename T> struct C { 
    template<typename U1, typename U>
    friend bool operator == (C<U1> const& c1, C<U> const& c2);
private:
    int i;
};

template<typename U1, typename U>
bool operator == (C<U1> const& c1, C<U> const& c2)
{
    return c1.i == c2.i;
}

如果operator== 没有在C 内部实现，那么编译器不会在它使用的类C 的范围之外生成operator== 它已经存在，所以我们有::operator==<int, char> 和C<int> 和C<char> 这两个班级的哪个朋友。最后，当你有：

template <typename T> struct C { 
    template<typename U1, typename U>
    friend bool operator == (C<U1> const& c1, C<U> const& c2) {
        return c1.i == c2.i;
    }
private:
    int i;
};

在C<int>() == C<char>() 的情况下，您有两个由::operator== ::operator==<int>(C<int>const&, C<char>const&) 和 ::operator==<char>(C<int>const&, C<char>const&) 和编译器应该在此处生成编译时错误。

参考 c++11 标准最后草案，第 14.5.4 和 11.3.5 节。

【讨论】：