好友功能不允许访问私人会员

Question

我认为朋友功能可以访问所有成员。即使在这个问题上它也有效：
C++ friend function can't access private members

该问题中给出的答案似乎与我的代码相同，并且他的编译良好，而我的只是说 array_ 是 pivate。有人知道为什么吗？

.h:

#ifndef matrix_h
#define matrix_h

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename Comparable>
class matrix
{
    private:
        size_t num_cols_;
        size_t num_rows_;
        Comparable **array_;

    public:
        friend ostream& operator<< (ostream& o, const matrix<Comparable> & rhs);
        size_t NumRows();
        size_t NumCols();
};
#endif

.cpp:

#include <iostream>
#include "matrix.h"

using namespace std;

template <typename Comparable>
ostream& operator<< (ostream& o, matrix<Comparable> & rhs){
    size_t c = rhs.NumRows();
    size_t d = rhs.NumCols();
    for (int i = 0; i < c; i++){
        for (int j = 0; j < d; j++){
            o << rhs.array_[i][j];         //not allowed
        }
        o << endl;
    }
    return o;
}

template <typename Comparable>
size_t matrix<Comparable>::NumRows(){
    return num_rows_;
}

template <typename Comparable>
size_t matrix<Comparable>::NumCols(){
    return num_cols_;
}


int main(){
    matrix<int> a;
    cout << a << endl;

}

Answer 1

假设您在这两个地方都使用了const，并将const 添加到numRows 和numCols 的声明中。那么有什么问题呢？嗯……

您认为它是相同的，但您的代码有一个模板。还有朋友声明

friend ostream& operator<< (ostream& o, const matrix<Comparable> & rhs);

不是模板，所以不符合定义

template <typename Comparable>
ostream& operator<< (ostream& o, matrix<Comparable> & rhs){ // ...

其中是一个模板。事实上 gcc 会给出警告：

matrix.h:16:79: warning: friend declaration ‘std::ostream& operator<<(std::ostream&, const matrix<Comparable>&)’ declares a non-template function [-Wnon-template-friend]
         friend ostream& operator<< (ostream& o, const matrix<Comparable> & rhs);
                                                                               ^
matrix.h:16:79: note: (if this is not what you intended, make sure the function template has already been declared and add <> after the function name here) 

将所有专业都加为好友很诱人，如下所示：

template <typename T>
friend ostream& operator<< (ostream& o, const matrix<T> & rhs);

不幸的是，由于此处解释的原因，这不起作用：Why can templates only be implemented in the header file? 您将能够编译 matrix.cpp，但不能编译单独的驱动程序，如下所示：

#include <iostream>
#include "matrix.h"
using namespace std;
int main() {
    matrix<int> m;
    cout << m << endl;
}

您收到未定义的引用错误。相反，您真的应该在标题中定义整个矩阵类并放弃 .cpp 文件。

需要指出的是，这还是有问题的：你可以叫这个operator<<就好了，但是你不能，比如说，取它的地址，因为它只能通过argument-dependent lookup找到。

auto ptr = static_cast<ostream&(*)(ostream&, const matrix<int>&)>(operator<<); // error

要通过非限定查找找到它，它必须在命名空间范围内具有匹配的声明。而且实际上不可能写出这样的声明（C++的语法没有办法做到）！为了解决这个问题，我们需要将operator<< 变成一个函数模板，内联定义：

template <typename Comparable>
class matrix {
    // ...
    template <typename T>
    friend ostream& operator<<(ostream& o, const matrix<T>& rhs) {
        // ...
    }
    // ...
};
// namespace-scope declaration
template <typename T>
ostream& operator<<(ostream& o, const matrix<T>& rhs);

现在上面的代码获取运营商的地址就可以了。

Answer 2

1. 编译器报错是因为你实现的函数与你声明的函数不同（在声明中 rhs 由 const 修饰，在实现中不是）。

2. 在实现中添加 const 后，编译器会报错“未定义的引用”，因为声明和实现仍然不一样。实现是模板函数，声明不是。

   #ifndef matrix_h
   #define matrix_h
   
   #include <iostream>
   using namespace std;
   
   template <typename Comparable>
   class matrix
   {
       private:
           size_t num_cols_;
           size_t num_rows_;
           Comparable **array_;
   
       public:
           template<typename T>
           friend ostream& operator<< (ostream& o, const matrix<T> & rhs);
           size_t NumRows() const;
           size_t NumCols() const;
   };
   
   template <typename Comparable>
   ostream& operator<< (ostream& o, const matrix<Comparable> & rhs){
       size_t c = rhs.NumRows();
       size_t d = rhs.NumCols();
       for (int i = 0; i < c; i++){
           for (int j = 0; j < d; j++){
               o << rhs.array_[i][j];         //not allowed
           }
           o << endl;
       }
       return o;
   }
   
   template <typename Comparable>
   size_t matrix<Comparable>::NumRows() const{
       return num_rows_;
   }
   
   template <typename Comparable>
   size_t matrix<Comparable>::NumCols() const{
       return num_cols_;
   }
   
   #endif