是否可以为模板类型定义 operator<< ？答案

【问题标题】：Is it possible to define operator<< for templated types?是否可以为模板类型定义 operator<< ？
【发布时间】：2021-07-25 19:59:16
【问题描述】：

我想打印std::maps等STL类型的值，例如：

int main()
{
    std::map<int, std::vector<int>> t = {{1, {2, 3}}, {4, {5}}};
    std::cout << t << std::endl;
    return 0;
}

这会失败，因为没有为这些类型定义 operator<<。

如果我尝试自己定义它，我还必须转发声明我的定义，否则编译失败：

error: call to function 'operator<<' that is neither visible in the template definition nor found by argument-dependent lookup
        o << sep << "{" << x.first << ", " << x.second << "}";
...
note: 'operator<<' should be declared prior to the call site std::ostream& operator<< (std::ostream& o, const std::vector<T>& vec)

这很不幸，因为必须前向声明方法需要为每种类型使用两个包含（先前向声明，然后是实现）。

有没有办法以模块化的方式为模板类型定义operator<<？
这就是为什么operator<< 不能用于开箱即用的 STL 类型的原因吗？

参考：A working implementation with forward declarations

【问题讨论】：

请在问题中包含minimal reproducible example
@largest_prime_is_463035818 不就是我在最后一行中链接到的参考吗？
如果您发布有错误的代码，这会更简单。当我必须修改重现错误的代码时，我可能会以不同于产生错误的代码的方式对其进行更改。尽管当我删除前向声明时代码实际上也可以正常编译：godbolt.org/z/GxThvGd1M.
不允许将定义放入命名空间std（极少数例外）。一种解决方法是像您一样进行前向声明，或者使用自定义类型，如 struct MyInt{ int x; }; 而不是 int。这些自定义类型具有关联的命名空间，并且所有模板参数的命名空间都与 ADL 相关
@largest_prime_is_463035818：原因之一是 ODR（定义 operator <<(std::ostream&, std::map<K, V>) 的几个库）。

标签： c++ templates stl

【解决方案1】：

在您的要点中，std::map<K, V> 的 operator<< 重载是在 std::vector<T> 的重载之前定义的。

GCC 很乐意接受您的代码而不会引发任何错误，而 Clang（我猜是您正在使用的那个）完全拒绝使用您发布的消息编译它，这基本上说 operator<< 对 @ 没有好处987654325@尚未定义。

我应该仔细检查标准在这种情况下的规定，但我的第一印象是 GCC 接受您的代码，因为 operator<<(ostream&,const std::vector<T>&) 是在实例化时定义的（这发生在 main()，当您调用 std::cout << t 时），而 Clang 严格认为只有在定义模板时已知的那些函数是可见的。

如果您为 operator<<(ostream&,const std::vector<T>&) 添加前向声明，它会在 operator<<(ostream&, const std::map<K,V>) 中明确可见，并且 Clang 会编译您的代码。

只需交换函数也足以让您的特定代码在 Clang 下构建，但如果您尝试这样做，它将再次中断

int main()
{
    std::vector<std::map<int, int>> u = {{{1, 2},{3, 4}}, {{4, 5}}};

    std::cout << u << std::endl;

    return 0;
}

因为现在 Clang 不会在 std::vector<T> 的实现中看到正确的 std::map<K, V> 重载（尽管使用 GCC，它仍然可以正常构建）

【讨论】：