我的模板重载 << 运算符有什么问题？

Question

我必须为类分配实现一个名为Stack 的模板类。 Stack 有一个重载的流插入操作符。 以下是 Stack.h 文件的相关摘录：

...
#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
ostream& operator<<(ostream&,Stack<T>&);

template<class T>
class Stack
{
    public:
        friend ostream& operator<< <T>(ostream&,Stack<T>&);
        ...             
};

#include "Stack.cpp"
...

我无法更改 Stack.h，因为它是按原样提供的。 Stack.cpp 的相关摘录是：

template <class T>
ostream& operator<< (ostream& out, Stack<T>& stack)
{
    Stack<T>::Node* current = stack.top;

    out << "[";

    while (current)
    {
        out << current->element;
        current = current->next;
        if (current)
            out << ",";
    }

    out << "]";

    return out;
}
...

这在 Visual Studio 中编译和工作正常，但是，当使用 g++ 编译时，它会给出以下错误：

Stack.cpp:4: syntax error before '&'
Stack.cpp:4: 'ostream' was not declared in this scope
Stack.cpp:4: 'out' was not declare din this scope
Stack.cpp:4: 'Stack' was not declared in this scope
Stack.cpp:4: 'T' was not declared in this scope
Stack.cpp:4: 'stack' was not declared in this scope
Stack.cpp:5: declaration of 'operator <<' as non-function

这是为什么呢？有什么办法可以解决？

编辑：我补充说我已经包含了 iostream 并提供了命名空间。

Answer 1

您不能在operator<< 声明中引用未声明的Stack<T>。您需要在 Stack.h 的顶部或在包含它的每个文件中包含 Stack.h 之前的前向声明 template<class T> Stack;。

Answer 2

你应该请求你的教授允许对头文件进行一些更改，如下所示：

#include <iostream>
//using namespace std; is a VERY bad idea in header files, since it infects the entire program

template<class T>
class Stack; // Casey's fix

// need to qualify ostream since using namespace std; went away
template<class T>
std::ostream& operator<<(std::ostream&,Stack<T>&);

template<class T>
class Stack
{
    public:
        friend std::ostream& operator<< <T>(std::ostream&,Stack<T>&);
        ...             
};

// The .cpp extension by convention is used only for source files, not for inclusion targets.
// Pick a different extension for template implementations, which get passed to #include
#include "Stack.impl"

如果你的教授没有看到这些变化的价值，留在他的课堂上会因为你会养成的所有坏习惯而变得相当消极，你应该开始考虑学习 C++ 的其他选择。

Answer 3

问题是我试图单独编译 Stack.cpp。解决方案是，只编译使用模板类的文件，在本例中为 main.cpp

我的错误生成文件如下所示：

main: main.o Stack.o
    g++ -static main.o Stack.o -o main

main.o: main.cpp
    g++ -c main.cpp

Stack.o: Stack.cpp Stack.h
    g++ -c Stack.cpp

正确的makefile是

main: main.o
    g++ -static main.o -o main

main.o: main.cpp Stack.cpp Stack.h
    g++ -c main.cpp

感谢 juanchopanza 指出这一点。