C++中的朋友和模板
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【中文标题】C++中的朋友和模板【英文标题】：friend and template in C++ 【发布时间】：2018-07-15 12:53:57 【问题描述】：我的 C++ 代码示例中有一个大问题。 “朋友”和“模板”有问题。
错误消息：Matrix.h:26:79：警告：
朋友声明'std::ostream& matrixClass::operator
Matrix.h:26:79: 注意：
(if this is not what you intended, make sure the function template已经声明过，这里在函数名后面加上）
Matrix.h:28:77：警告：
friend declaration 'matrixClass::Matrix<T>*matrixClass::operator*(const matrixClass::Matrix&, const matrixClass::Matrix&)' 声明一个非模板函数 [-Wnon-template-friend] 朋友矩阵*运算符*(const Matrix &m1, const Matrix &m2);
Matrix.cpp:1:0:
C:\Users\Peter\CLionProjects\PK\untitled76\Matrix.h:26:79：警告： 朋友声明 'std::ostream& matrixClass::operator
Matrix.h:26:79: 注意：
(if this is not what you intended, make sure the function template已经声明过，这里在函数名后面加上）
Matrix.h:28:77：警告：
friend declaration 'matrixClass::Matrix<T>*matrixClass::operator*(const matrixClass::Matrix&, const matrixClass::Matrix&)' 声明一个非模板函数 [-Wnon-template-friend] 朋友矩阵*运算符*(const Matrix &m1, const Matrix &m2);
CMakeFiles\untitled76.dir/objects.a(main.cpp.obj)：在函数“main”中：
main.cpp:8: 未定义的引用
main.cpp:8: 未定义引用 matrixClass::Matrix<int>::Matrix(int)'<br>
main.cpp:10: undefined reference tomatrixClass::Matrix::set(int, int, int)'
main.cpp:11: 未定义引用 matrixClass::Matrix<int>::set(int, int, int)'<br>
main.cpp:12: undefined reference tomatrixClass::Matrix::set(int, int, int)'
main.cpp:13: 未定义引用matrixClass::Matrix<int>::set(int, int, int)'<br>
main.cpp:15: undefined reference tomatrixClass::operator
main.cpp:15: 未定义引用 matrixClass::operator<<(std::ostream&, matrixClass::Matrix<int> const&)'<br>
main.cpp:8: undefined reference tomatrixClass::Matrix::~Matrix()'
main.cpp:8：未定义对 `matrixClass::Matrix::~Matrix()'的引用
代码： Matrix.h
#ifndef MATRIX_H_
#define MATRIX_H_
#include <iostream>
namespace matrixClass
template<class T>
class Matrix
private:
int dimension;
T **m;
public:
Matrix(int d);
Matrix(const Matrix &original);
~Matrix();
void set(int x, int y, T value);
T get(int x, int y) const;
int getDimension() const;
friend std::ostream &operator<<(std::ostream&, const Matrix<T> &matrix);
friend Matrix<T>* operator*(const Matrix<T> &m1, const Matrix<T> &m2);
;
#endif
Matrix.cpp
#include "Matrix.h"
using namespace matrixClass;
template<class T>
Matrix<T>::Matrix(int d)
: dimensiond, mnew T *[d]
//m = new T*[d];
for (int i = 0; i < d; i++)
m[i] = new T[d];
// COPY-CONSTRUCTOR
template<class T>
Matrix<T>::Matrix(const Matrix &original)
: dimensionoriginal.dimension,
mnew T *[original.dimension]
for (int i = 0; i < dimension; i++)
*(m + i) = *(original.m + i);
// DESTRUCTOR
template<class T>
Matrix<T>::~Matrix()
for (int i = 0; i < dimension; i++)
delete[] m[i];
delete[] m;
template<class T>
void Matrix<T>::set(int x, int y, T value)
m[x][y] = value;
template<class T>
T Matrix<T>::get(int x, int y) const
return m[x][y];
template<class T>
int Matrix<T>::getDimension() const
return dimension;
template<class T>
std::ostream& operator<<(std::ostream& output, const Matrix<T>& matrix)
int dimension = matrix.getDimension();
for(int x = 0; x < dimension; x++)
for(int y = 0; y < dimension; y++)
output << matrix.get(x, y) << " ";
return output;
template<class T>
Matrix<T>* operator*(const Matrix<T>& m1, const Matrix<T>& m2)
int dimension = m1.getDimension();
Matrix<T>* m = new Matrix<T>(dimension);
for(int x = 0; x < dimension; x++)
for(int y = 0; y < dimension; y++)
T value = 0;
for(int i = 0; i < dimension; i++)
value += m1.get(x, i) * m2.get(i, y);
m->set(x, y, value);
return m;
main.cpp
#include <iostream>
#include "Matrix.h"
using namespace matrixClass;
using namespace std;
int main()
Matrix<int> m(2);
m.set(0, 0, 1);
m.set(0, 1, 2);
m.set(1, 0, 3);
m.set(1, 1, 4);
cout << m << "*" << endl << m << "=" << endl;
return 0;
【问题讨论】：
模板（在您的情况下为矩阵）应在头文件中包含所有声明和定义。先试试吧。 完整错误输出；这不是最小的；但要说的不仅仅是“它不起作用”，请点赞 让你的朋友函数也模板化，并更好地在标题中移动模板化的成员函数*(m + i) = *(original.m + i) 将在原始和副本之间共享内存。它们的破坏将删除这些内存区域的两倍。
@O'Neil 你是什么意思？你觉得有错吗？
【参考方案1】：
这个答案解决了您的非会员operator<<() 和operator*() 使用朋友模板的问题，这与将函数模板的实例设为朋友略有不同（@songyuanyao 提出的第二种解决方案）。不同之处在于，对于朋友模板，模板函数的所有实例都是类Matrix<> 的朋友。在这种情况下，我认为没有任何实际区别，但在其他情况下，可能有。因此，我想我还是会展示它。
我是这样想的。这两个运算符都是非成员函数，这意味着它们独立于 Matrix<> 类，因此请独立考虑它们的原型：
template<class T>
std::ostream& operator<<(std::ostream& output, const Matrix<T>& matrix);
template<class T>
Matrix<T>* operator*(const Matrix<T>& m1, const Matrix<T>& m2);
现在，将T 替换为U，因为要使它们的所有实例成为Matrix<> 的朋友，它们的原型需要包含在Matrix<> 的类定义中，这也是一个模板，而且它已经是使用T 作为其模板参数。
template<class U>
std::ostream& operator<<(std::ostream& output, const Matrix<U>& matrix);
template<class U>
Matrix<U>* operator*(const Matrix<U>& m1, const Matrix<U>& m2);
现在，您可以让他们成为Matrix<> 的朋友。您所需要的只是适当的语法：
template<class T>
class Matrix
...
template<class U>
friend std::ostream &operator<<(std::ostream&, const Matrix<U> &matrix);
template<class U>
friend Matrix<U>* operator*(const Matrix<U> &m1, const Matrix<U> &m2);
;
最后，它们都需要在matrixClassnamespace 内，并且它们的声明和定义需要以正确的顺序排列，以便每个人都知道其他的存在：
namespace matrixClass
// BEGIN Forward declarations
template<class T>
class Matrix;
template<class U>
std::ostream &operator<<(std::ostream&, const Matrix<U> &matrix);
template<class U>
Matrix<U>* operator*(const Matrix<U> &m1, const Matrix<U> &m2);
// END Forward declarations
template<class T>
class Matrix
...
template<class U>
friend std::ostream &operator<<(std::ostream&, const Matrix<U> &matrix);
template<class U>
friend Matrix<U>* operator*(const Matrix<U> &m1, const Matrix<U> &m2);
;
...
template<class U>
std::ostream& operator<<(std::ostream& output, const Matrix<U>& matrix)
... // your implementation goes here
template<class U>
Matrix<U>* operator*(const Matrix<U>& m1, const Matrix<U>& m2)
... // your implementation goes here
// end of namespace matrixClass
所有这些模板代码都应该在头文件 Matrix.h 中，正如已经提到的那样。
另外，我认为您应该将operator*() 的原型更改为返回Matrix<U> 而不是Matrix<U>*。它将表现得更像普通的operator*()，它可以让您执行以下操作：Matrix<int> m = m1*m2; 或m = m1*m2*m3;。此外，您班级的用户不必担心删除由operator*() 分配的内存或动态分配的性能成本。只需在operator*() 中创建一个本地的Matrix<U> 变量并按值返回即可；让返回值优化 (RVO) 处理剩下的事情。
【讨论】：
【参考方案2】：在friend 声明中operator<< 指的是一个非模板函数，而它的定义说它是一个模板函数；他们不匹配。
您可以使用friend 声明内联定义它（作为非模板函数）：
template<class T>
class Matrix
... ...
friend std::ostream& operator<<(std::ostream& output, const Matrix<T>& matrix)
int dimension = matrix.getDimension();
for(int x = 0; x < dimension; x++)
for(int y = 0; y < dimension; y++)
output << matrix.get(x, y) << " ";
return output;
... ...
;
或者引用函数模板来声明friend：
// class declaration
template<class T>
class Matrix;
// function declaration
template<class T>
std::ostream& operator<<(std::ostream& output, const Matrix<T>& matrix);
// class definition
template<class T>
class Matrix
... ...
friend std::ostream& operator<< <T>(std::ostream& output, const Matrix<T>& matrix);
... ...
;
// function definition
template<class T>
std::ostream& operator<<(std::ostream& output, const Matrix<T>& matrix)
int dimension = matrix.getDimension();
for(int x = 0; x < dimension; x++)
for(int y = 0; y < dimension; y++)
output << matrix.get(x, y) << " ";
return output;
关于未定义的引用错误，见Why can templates only be implemented in the header file?
【讨论】：
尝试作为内联，但仍有错误未定义对 `matrixClass::Matrix以上是关于C++中的朋友和模板的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章