如何避免友元函数模板类内定义的重定义错误？

Question

考虑这段代码：

template<typename T>
class Base
{
   template<typename U>
   friend void f(void *ptr) {
     static_cast<Base<U>*>(ptr)->run();
   }
   protected:
       virtual void run() = 0; 
};
 
class A : public Base<A>
{
   protected:
       virtual void run() {}
};
 
/*
class B : public Base<B>
{
   protected:
       virtual void run() {}
};
*/

现在可以正常编译了 (ideone)。但是如果我取消注释B 的定义，则会出现以下错误（ideone）：

prog.cpp: In instantiation of ‘Base<B>’:
prog.cpp:20:   instantiated from here
prog.cpp:6: error: redefinition of ‘template<class U> void f(void*)’
prog.cpp:6: error: ‘template<class U> void f(void*)’ previously defined here

我知道（好吧，我想我知道）它给出这个错误的原因。

所以我的问题是：

友元函数模板类内定义如何避免重定义错误？

只要我在类中提供主模板（不是特化）的定义，我就会得到这个错误。以这种方式定义主模板还有另一个问题：它使f 函数模板的所有实例化friend 的所有Base 类模板的实例化，我也想避免。我想让f<T> 成为Base<T> 的朋友，但不是f<U> 成为Base<T> 的朋友，如果U 和T 不一样。同时，我也想提供类内部的定义。有可能吗？

Answer 1

你真的需要在类中定义f 吗？如果你在外面定义它，你的问题就消失了，你也可以强制执行你想要的一对一关系（即只有 f<T> 是 Base<T> 的朋友）：

template <typename T> class Base;

template <typename U>
void f(void *ptr) {
   static_cast<Base<U>*>(ptr)->run();
}

template<typename T>
class Base
{
   friend void f<T>(void *ptr); //only one instanciation is a friend

   protected:
     virtual void run() = 0; 
};

但是，请注意只有f<T> 是Base<T> 的朋友这一事实不会阻止以下代码编译：

B b;
f<A>(&b); // compiles, f<A> calls Base<A>::run, but the cast is wrong

Answer 2

友元函数是一个全局函数，即使你将它的实现放到任何类的主体中。问题是当你实例化Base<T> 两次（在任何上下文中）时，你提供了f 的两个实现。注意，f不依赖于T，它不能使用T；对于所有Base<T>，它的功能相同。

一个简单的解决方案是只在类模板内提供f 的声明并在其外提供实现：

template<typename T>
class Base
{
  template<typename U>
  friend void f(void *ptr);
  protected:
    virtual void run() = 0;
};


template<typename U>
void f(void *ptr) {
  static_cast<Base<U>*>(ptr)->run();
}

class A : public Base<A>
{
 protected:
   virtual void run() {}
};

class B : public Base<B>
{
protected:
  virtual void run() {}
};

int main() {
}

上面的代码用我的g++编译