friend 声明声明了一个非模板函数，未定义的引用

Question

我有这样的模板类，其中包含一个friend方法：

template<class T1, class T2, int n>
class Graph final
{
private:
    std::array<T1, n> vertex;
    std::array<std::array<T2, n>, n> arcs;
public:
    Graph(const std::array<T1, n> & v, const std::array<std::array<T2, n>, n> & a);
    friend std::ostream & operator<<(std::ostream & os, const Graph<T1, T2, n> & g);
};

template<class T1, class T2, int n>
Graph<T1, T2, n>::Graph(const std::array<T1, n> & v, const std::array<std::array<T2, n>, n> & a)
    : vertex(v)
{ ... }

template<class T1, class T2, int n>
std::ostream & operator<<(std::ostream & os, const Graph<T1, T2, n> & g)
{ ... }

该类用于保存图形。 Vertex是一个存储节点的数组，T1是对应的元素类型。 Arcs 是一个 n * n 的二维数组，存储节点之间的路径开销，T2 是对应的元素类型。（注意，n 是模板非类型参数。）

我尝试创建一个

Graph

并调用这样的朋友方法：

void test() {
    using std::array;
    array<int, 5> vertex = {100, 200, 300, 400, 500};

    array<int, 5> a = {2, 3, 2, 4, 5};
    array<array<int, 5>, 5> arcs = {a, a, a, a, a};

    Graph<int, int, 5> g(vertex, arcs);
    std::cout << g << std::endl;
}

只得到错误：

tree_mst.h:31:87: warning: friend declaration ‘std::ostream& meyok::operator<<(std::ostream&, const Graph<T1, T2, n>&)’ declares a non-template function [-Wnon-template-friend]
         friend std::ostream & operator<<(std::ostream & os, const Graph<T1, T2, n> & g);
                                                                                       ^
tree_mst.h:31:87: note: (if this is not what you intended, make sure the function template has already been declared and add <> after the function name here)

../lib/libmtree.so: undefined reference to `operator<<(std::ostream&, Graph<int, int, 5ull> const&)'
../lib/libmtree.so: undefined reference to `Graph<int, int, 5ull>::Graph(std::array<int, 5ul> const&, std::array<std::array<int, 5ul>, 5ul> const&)'

为什么这里会弹出警告和错误。我该如何解决？

Answer 1

friend

声明为

Graph

的每个实例声明一个名为

operator<<

的常规非模板函数，并将此实例化作为参数。例如，您的程序使用

Graph<int, int, 5>

- 当编译器第一次看到它时，它会生成一个声明

std::ostream & operator<<(std::ostream & os, const Graph<int, int, 5>& g);

请注意，这与您的

operator<<

函数模板是分开且不同的。

然后编译器会看到

std::cout << g

并执行重载决策来为

operator<<

选择最佳重载。由于非模板函数优于函数模板，因此在其他条件相同的情况下，选择由

friend

声明引入的函数。最后，链接器发现这个函数从未被实际实现过；因此出现错误。

最有可能的是，您的意思是与

operator<<

模板参数匹配的

Graph

函数模板的特化应该是该

Graph

特化的友元。你这样表达：

// Forward declaration
template<class T1, class T2, int n>
class Graph;

// Forward declaration
template<class T1, class T2, int n>
std::ostream & operator<<(std::ostream & os, const Graph<T1, T2, n> & g);

template<class T1, class T2, int n>
class Graph
{
public:
    friend std::ostream & operator<< <T1, T2, n>(std::ostream & os, const Graph<T1, T2, n> & g);
};

---

但是，完全避免

friend

并将

operator<<

委托给成员函数通常更简单：

template<class T1, class T2, int n>
class Graph
{
public:
    void print(std::ostream& os) const { /* actual output logic here */);
};

template<class T1, class T2, int n>
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Graph<T1, T2, n>& g) {
  g.print(os);
  return os;
}