模板类中的 C++20 类外定义

Question

在 C++ 的 C++20 标准之前，当我们想要定义一个使用模板类的一些私有成员的类外运算符时，我们会使用类似于以下的构造：

template <typename T>
class Foo;

template <typename T>
constexpr bool operator==(T lhs, const Foo<T>& rhs);

template <typename T>
class Foo {
public:
    constexpr Foo(T k) : mK(k) {}

    constexpr friend bool operator==<T>(T lhs, const Foo& rhs);

private:
    T mK;
};

template <typename T>
constexpr bool operator==(T lhs, const Foo<T>& rhs) {
    return lhs == rhs.mK;
}

int main() {
    return 1 == Foo<int>(1) ? 0 : 1;
}

但是，从 C++20 开始，我们可以省略类外声明，因此也可以省略前向声明，因此我们可以只使用：

template <typename T>
class Foo {
public:
    constexpr Foo(T k) : mK(k) {}

    constexpr friend bool operator==<T>(T lhs, const Foo& rhs);
private:
    T mK;
};

template <typename T>
constexpr bool operator==(T lhs, const Foo<T>& rhs) {
    return lhs == rhs.mK;
}

Demo

现在，我的问题是，C++20 的哪一部分允许我们这样做？为什么这在早期的 C++ 标准中是不可能的？

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正如评论中指出的那样，clang 不接受演示中提供的这段代码，这表明这实际上可能是 gcc 中的一个错误。

我提交了关于 gcc 的 bugzilla的错误报告

Answer 1

海湾合作委员会有一个错误。

始终对出现在 a 之前的模板名称执行名称查找<，即使所讨论的名称是在（友元、显式专业化或显式实例化）声明中声明的名称。

由于友元声明中的名称operator==是非限定名称，并且需要在模板中进行名称查找，因此适用两阶段名称查找规则。在此上下文中，operator==不是从属名称（它不是函数调用的一部分，因此 ADL 不适用），因此会在名称出现的位置查找并绑定该名称（请参阅 [temp.nondep] 第 1 段）。您的示例格式不正确，因为此名称查找未找到 的声明operator==。

我希望 GCC 在 C++20 模式下接受这一点，因为P0846R0允许（例如）operator==<T>(a, b)在模板中使用，即使事先没有声明为operator==模板可见。

这是一个更有趣的测试用例：

template <typename T> struct Foo;

#ifdef WRONG_DECL
template <typename T> bool operator==(Foo<T> lhs, int); // #1
#endif

template <typename T> struct Foo {
  friend bool operator==<T>(Foo<T> lhs, float); // #2
};

template <typename T> bool operator==(Foo<T> lhs, float); // #3
Foo<int> f;

对于-DWRONG_DECL，GCC 和 Clang 一致认为该程序格式错误：在模板定义的上下文中，对友元声明 #2 进行不合格查找，找到声明 #1，该声明与 的实例化友元不匹配Foo<int>。声明 #3 甚至不被考虑，因为模板中的不合格查找找不到它。

对于-UWRONG_DECL，GCC（在 C++17 及更早版本中）和 Clang 一致认为该程序由于不同的原因而格式错误：对operator==第 2 行的不合格查找什么也找不到。

但是对于-UWRONG_DECL，C++20 模式下的 GCC 似乎认为operator==#2 中的非限定查找失败是可以的（大概是由于 P0846R0），然后似乎从模板实例化上下文中重做查找，现在找到#3，在违反了模板的正常两阶段名称查找规则。