为什么我不能用 T=vector<int> 实例化 operator<<(ostream&, vector<T>&)？

Question

在思考C++ iterator question时，我写了这个示例程序：

#include <vector>
#include <iostream>
#include <iterator>
#include <algorithm> 

template <class T>
std::ostream& operator<<(std::ostream&os, const std::vector<T>& v) 
{ 
    os<<"(";
    std::copy(v.begin(), v.end(), std::ostream_iterator<T>(os, ", "));
    return os<<")";
}

int main()
{
    std::vector<int> v(3);
    std::vector<std::vector<int> > vv(3, v);
    std::cout << v << "\n"; // this line works
    std::cout << vv << "\n"; // this line produces error
}

我用 gcc 编译这个程序并得到典型的 100 行错误。我相信相关的部分是：

it.cc:19：从这里实例化

/usr/include/c++/4.4/bits/stream_iterator.h:191: 错误：'((std::ostream_iterator >, char, std::char_traits > )this)->std::ostream_iterator >, char, std::char_traits >::_M_stream

为什么会失败？在我的模板operator<< 中，我尝试指定任何矢量，无论其类型如何，都是可打印的。那么为什么std::vector<std::vector<>> 不打印呢？

编辑：在模板函数中使用以下代码使其工作

#if 0
    std::copy(v.begin(), v.end(), std::ostream_iterator<T>(os, ", "));
#else
    for(typename std::vector<T>::const_iterator it = v.begin();
        it != v.end();
        it++) {
        os<<(*it)<<", ";
    }
#endif

Answer 1

两个词：名字查找。

这是您尝试做的简化示例，不需要任何标准库标头：

template <typename T> void f(T) { }

namespace ns {
    class C { };

    void f(int) { }

    void test() { f(C()); } // doesn't work :'(
}

int main() {
    f(ns::C());             // works!  :-D
}

在这个例子中，在main()中，在正常名称查找过程中唯一找到的f是全局命名空间中的函数模板，并且匹配，所以main使用它（ns::f也找到了在依赖于参数的查找期间，但它不匹配，因此在重载解析期间仍选择全局 f。

但是，在 test 中，发现了 ns::f(int) 重载并且名称查找停止。命名空间是向外搜索的，所以首先搜索ns，然后是全局命名空间，但是一旦找到名称就会停止名称查找，所以一旦找到ns::f(int)，名称查找就会停止。依赖于参数的查找也会发生并找到ns::f(int)，因为C 在命名空间ns 中，然后ADL 停止搜索。

在您的示例中也是如此：在 main() 中，找到了 operator<< 重载，但在 std::ostream_iterator（位于 std 命名空间中）内部，找到了其他 << 重载，并且所以找不到你的过载。

您的operator<< 重载需要在std 命名空间中才能工作，但遗憾的是，您不能将名称添加到std 命名空间。

Answer 2

在函数模板的实例化上下文中查找仅使用 ADL。没有不合格的查找。因此，您需要依赖 ADL。但是 vector<int> 的 ADL 查找不包括全局命名空间，因此找不到您的 operator<<。试试这个，应该可以正常工作：

struct A { 
  operator int() const { return 0; }
};

template <class T>
std::ostream& operator<<(std::ostream&os, const std::vector<T>& v) 
{ 
    os<<"(";
    std::copy(v.begin(), v.end(), std::ostream_iterator<T>(os, ", "));
    return os<<")";
}

int main()
{
    std::vector<A> v(3);
    std::vector< std::vector<A> > vv(3, v);
    std::cout << vv << "\n"; // should work fine
}

这是因为全局命名空间与 std::vector<A> 的 ADL 查找集相关联（因为 A 是模板参数），因此在实例化 std::ostream_iterator<> 的各个成员函数时找到全局声明的模板，这将将您的operator<< 用于T 为A，然后将使用operator<<(int) 的std::ostream。

Answer 3

我认为由于std::copy定义在不同的命名空间中，而从函数模板std::copy和ostream_iterator类模板生成的代码，无法找到您定义的operator<<存在于不同的命名空间中。

要解决此问题，您必须在 std 命名空间中定义 operator<<，如下所示：

namespace std //note the namespace
{
   template <class T>
   std::ostream& operator<<(std::ostream&os, const std::vector<T>& v) 
   { 
     os<<"(";
      std::copy(v.begin(), v.end(), std::ostream_iterator<T>(os, ", "));
      return os<<")"; 
   }
}

ideone 的工作代码：http://ideone.com/sFenn

但是，我不能说在 std 命名空间中实现它的想法有多好！

---

或者，您可以将operator<< 定义为（不使用std::copy）：

template <class T>
std::ostream& operator<<(std::ostream&os, const std::vector<T>& v) 
{ 
   typedef typename std::vector<T>::const_iterator const_iterator;
   os<<"(";
   for (const_iterator it = v.begin() ; it != v.end() ; ++it )
       os << *it << ", ";
   return os<<")"; 
}

工作代码：http://ideone.com/FXWlP