关于在模板类中声明友元模板函数的问题（C++）

Question

我正在编写实现矩阵的某些功能的作业。为了解决这个问题，这里有一个简化版本。

#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
class CMyMatrix{
private:
    int row;
    int col;
    T** elements;
public:
    CMyMatrix(int row, int col);
    void SetMatrix(T* data, int row, int col);
    friend void DisplayMatrix(CMyMatrix<T> matrix);
};

template<class T>
CMyMatrix<T>::CMyMatrix(int row,int col) {
    this->row = row;
    this->col = col;
    this->elements = new T* [row];
    for (int i = 0;i < row;i++) {
        this->elements[i] = new T[col];
    }
}

template<class T>
void CMyMatrix<T>::SetMatrix(T* data, int row, int col) {
    this->row = row;
    this->col = col;
    if (elements != 0) delete[]elements;
    this->elements = new T* [row];
    for (int i = 0;i < row;i++) {
        this->elements[i] = new T[col];
    }
    for (int i = 0;i < row * col;i++) {
        elements[i / col][i % col] = data[i];
    }
}


template<class T>
void DisplayMatrix(CMyMatrix<T> matrix) {
    for (int i = 0;i < matrix.row;i++) {
        for (int j = 0;j < matrix.col;j++) {
            cout << matrix.elements[i][j] << " ";
            if (j == matrix.col - 1) {
                cout << endl;
            }
        }
    }
}

int main(){
    CMyMatrix<int> matrix(2, 3); 
    int a[6] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    matrix.SetMatrix(a, 2, 3);
    DisplayMatrix(matrix);
    return 0;
}

我们的老师说我们必须让“DisplayMatrix”成为一个全局函数，所以它必须是 CMyMatrix 类的友元函数（如果我不想写更多函数的话）。但也有这样的例外。
代码：LNK2019；说明：函数_main中引用的未解析外部符号“void _cdecl DisplayMatrix(class CMyMatrix)”(?DisplayMatrix@@YAXV?$CMyMatrix@H@@@Z)； 1号线； 文件：CMyMatrix.obj

我注意到 CMyMatrix 类中的“DisplayMatrix”在我的 IDE 中不会改变颜色，所以我认为可能存在一些问题。但我不知道如何解决它。如果有人可以帮助我，我将不胜感激。

Answer 1

friend 声明声明了一个非模板函数，它与全局范围内的函数模板定义不匹配。

你可以

// forward declaration
template<class T>
class CMyMatrix;

// declaration
template<class T>
void DisplayMatrix(CMyMatrix<T> matrix);

template<class T>
class CMyMatrix{
private:
    int row;
    int col;
    T** elements;
public:
    CMyMatrix(int row, int col);
    void SetMatrix(T* data, int row, int col);
    // friend declaration; refering to the function template
    friend void DisplayMatrix<T>(CMyMatrix<T> matrix);
    //                       ^^^
};

...

// definition
template<class T>
void DisplayMatrix(CMyMatrix<T> matrix) {
    for (int i = 0;i < matrix.row;i++) {
        for (int j = 0;j < matrix.col;j++) {
            cout << matrix.elements[i][j] << " ";
            if (j == matrix.col - 1) {
                cout << endl;
            }
        }
    }
}

或者将模板friend声明为

template<class T>
class CMyMatrix{
private:
    int row;
    int col;
    T** elements;
public:
    CMyMatrix(int row, int col);
    void SetMatrix(T* data, int row, int col);
    // declares template friend;
    // note that all the instantiations of DisplayMatrix become friend
    template <class X>
    friend void DisplayMatrix(CMyMatrix<X> matrix);
};

...

template<class T>
void DisplayMatrix(CMyMatrix<T> matrix) {
    for (int i = 0;i < matrix.row;i++) {
        for (int j = 0;j < matrix.col;j++) {
            cout << matrix.elements[i][j] << " ";
            if (j == matrix.col - 1) {
                cout << endl;
            }
        }
    }
}

Answer 2

我想提出一个不是真正解决方案的答案。这个非解决方案的重点是扩展the solution 工作的原因（我承认如果没有宋元瑶提供的答案，这个答案将毫无价值。）这可能有助于为未来的读者澄清事情，特别是如果某些 cmets 曾经消失。

首先，这是一个简化的设置，其中我删除了一些与问题无关的内容（c.f. minimal, reproducible example）：

template<class T>
class CMyMatrix{
    friend void DisplayMatrix(CMyMatrix<T>);
};

template<class T>
void DisplayMatrix(CMyMatrix<T>) {
}

int main(){
    CMyMatrix<int> matrix;
    DisplayMatrix(matrix);
    return 0;
}

问题是friend被声明为（非模板）函数，而DisplayMatrix的定义是函数模板。这些不匹配，因此编译器为标识符DisplayMatrix 留下了两种含义。在确定DisplayMatrix(matrix); 行的含义时，编译器更喜欢非模板（已声明但从未定义）。

所以答案是让你的声明和定义一致。做到这一点的一种方法——可能不是任何人都在寻找的解决方案，而是一种让编译器满意的方法——是将定义更改为不再是模板。

void DisplayMatrix(CMyMatrix<int>) {
}

通过此更改，代码可以编译。好吧，只要您坚持使用 int 作为模板参数，它就符合要求。所以不是真正的解决方案，而是friend 声明实际声明的演示。真正的解决方案是保留DisplayMatrix 的（模板）定义并调整friend 声明，如已接受的答案所示。

---

有趣的是，gcc（但显然不是 clang？）有一个适用于这种情况的警告。

warning: friend declaration 'void DisplayMatrix(CMyMatrix<T>)' declares a
         non-template function [-Wnon-template-friend]
     friend void DisplayMatrix(CMyMatrix<T> matrix);
                                                  ^
note: (if this is not what you intended, make sure the function template
      has already been declared and add <> after the function name here)