ADL找不到模板化的免费功能

Question

我试图了解ADL的工作原理，至少是基础知识，并创建了以下代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>  

using std::pair;
using std::string;
using std::vector;

namespace My {
    using std::to_string;

    /** With these forward declarations it works ...
    string to_string(char arg);
    const string& to_string(const string& str);
    template <typename T>
        string to_string(const vector<T>& rhs);
    template <typename T1, typename T2>
        string to_string(const pair<T1, T2>& rhs);
    struct A;
    string to_string(const A& rhs);
    */

    string to_string(char arg)
    {
        return string(1, arg);
    }

    const string& to_string(const string& str)
    {
        return str;
    }

    template <typename T>
    string to_string(const vector<T>& rhs)
    {
        string str("");
        for (const auto& e : rhs) {
            str += to_string(e) + " ";      //< this fails with `pair<..>`
            /// `(to_string)(e)` would fail even with `A`
        }
        return str;
    }

    template <typename T1, typename T2>
    string to_string(const pair<T1, T2>& rhs)
    {
        return to_string(rhs.first) + " " + to_string(rhs.second);
    }

    struct A {
        static int counter;
        string to_string() const
        {
            using My::to_string;    //< avoid using `A::to_string`
            return to_string("<A>[") + to_string(counter++) + to_string("]");
        }
    };
    int A::counter = 0;

    string to_string(const A& rhs)
    {
        return rhs.to_string();
    }
}

int main(int /*argc*/, const char* /*argv*/[])
{
    using My::to_string;
    using My::A;
    using std::cout;
    using std::endl;

    cout << to_string(3.1415) << endl;
    cout << to_string(pair<int, char>{5, 'a'}) << endl;
    cout << to_string(pair<double, pair<int, int>>{3.14, {1, 2}}) << endl;
    cout << to_string(vector<int>{1, 2, 3}) << endl;
    cout << to_string(pair<string, vector<int>>{"key", {1, 2, 3}}) << endl;
    cout << to_string(pair<string, A>{"key", {}}) << endl;
    cout << to_string(vector<A>{{}, {}, {}}) << endl;
    /// this will fail to compile
    cout << to_string(vector<pair<string, int>>{{"a", 1}, {"b", 2}}) << endl;

    return 0;
}

我发现在My里面， using std::to_string将使用std:: free函数（如果存在），否则将使用My:: 。 然后，在My命名空间之外， using My::to_string覆盖这两种情况就足够了。 到目前为止很好。

然后，我在成员函数A::to_string使用了相同的技术，以避免偏向于函数本身而不是自由函数（其他成员函数也是如此）。

最后，尽管没有预先声明A ， to_string(vector<A>)使我有些惊讶。 据我所知，这就是ADL发挥作用的地方。 禁用它（将to_string括在方括号中）将导致编译失败。

现在，经过漫长的故事之后，我想到了一个问题：为什么在这种情况下ADL对于模板化函数（即to_string(pair<T1, T2>)不起作用？ 更重要的是，如何解决？ 如果不需要执行前向声明，我会很高兴，因为在我的用例中， to_string(vector<T>)的定义位于某些基本头文件中，而后者的定义在不同的头中，因此不应目前已知。

编辑 ：

我试图通过某些模板甚至使用某些SFINAE，以某种方式“伪造”所需的前向声明，但是这导致了歧义或相同的结果。 最后，我想出了使用所需类的成员函数to_string （但可以是任何其他名称）的解决方案。 如果需要与to_string兼容，则这需要始终实现此功能，如果是STL容器，则需要继承它们并添加成员函数。 但是我相信，在这种情况下，ADL将永远不会失败。

这是代码的修改部分：

template <typename T,
          typename Fun = decltype(&T::to_string),
          typename = std::enable_if_t<
              std::is_member_function_pointer<Fun>::value>>
string to_string(const T& rhs)
{
    return rhs.to_string();
}

template <typename T>
struct Vector : public vector<T> {
    using vector<T>::vector;

    string to_string() const
    {
        using My::to_string;    //< avoid using `Vector::to_string`
        string str("");
        for (const auto& e : *this) {
            str += to_string(e) + " ";
        }
        return str;
    }
};

template <typename T1, typename T2>
struct Pair : public pair<T1, T2> {
    using pair<T1, T2>::pair;

    string to_string() const
    {
        using My::to_string;    //< avoid using `Pair::to_string`
        return to_string(this->first) + " " + to_string(this->second);
    }
};

但是，必须用Vector和Pair替换vector和pair 。 （不再需要自由函数to_string(A) ）。

其他解决方案，有何评论？

Answer 1

为什么ADL在这种情况下不适用于模板函数，即to_string(pair<T1, T2>) ？

ADL通过检查与给定调用中涉及的类型关联的名称空间来工作。 然后，它将考虑在这些命名空间中找到的适当重载，并选择最佳的重载。

to_string(vector<pair<string, int>>{{"a", 1}, {"b", 2}})

该调用将选择重载My::to_string(const vector<T>&)然后to_string(std::pair<std::string, int>)调用to_string(std::pair<std::string, int>) 。

然后，ADL检查与std::pair ， std::string和int相关联的名称空间，以查找重载to_string(std::pair<...>) 。 由于在命名空间std没有定义这样的重载，因此需要在调用之前找到定义，但是重载My::to_string(const pair<T1, T2>&)是在之后定义的。 这就是为什么您需要转发声明它的原因。

注意，您需要转发声明它，因为您还具有以下内容：

to_string(pair<string, vector<int>>)

---

另一方面，如果您有类似以下内容：

to_string(vector<pair<string, My::A>>{{"a", {}}, {"b", {}}})

然后，该调用的关联名称空间之一将是My本身，并且无需转发声明即可找到重载to_string(std::pair<...>) 。