如何启用朋友班的朋友 function 直接在 C++ 中访问其私有成员

Question

我正在编写一个稀疏矩阵 class，我想通过重载operator<<来 output 稀疏矩阵。 我想知道如何让 SMatrix 的朋友 function （ operator<< ）直接（不是通过某些接口）访问 TriTuple 的私有数据成员？ 请注意，SMatrix 同时是 TriTuple 的朋友 class。 见代码如下。

// tri-tuple term for sparse matrix by the form <row, col, value>
template<typename T>
class TriTuple {
    template<typename U> friend class SMatrix;
    // enable friend of SMatrix access private members of TriTuple
    // declaring like this? feasible in VS2019, but not in gcc
    template<typename U>
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const SMatrix<U>& M);
private:
    size_t _row, _col;
    T _val;
public:
    //...
};

// sparse matrix
template<typename T>
class SMatrix {
    template<typename U>
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const SMatrix<U>& M);
private:
    size_t _rows, _cols;// # of rows & columns
    size_t _terms;      // # of terms
    TriTuple<T>* _arr;  // stored by 1-dimensional array
    size_t _maxSize;
public:
    //...  
};

template<typename U>
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const SMatrix<U>& M)
{
    M.printHeader();
    for (size_t i = 0; i < M._terms; ++i) {
        os << M._arr[i]._row << "\t\t" << M._arr[i]._col << "\t\t" << M._arr[i]._val << '\n';
    }
    return os;
}

它可以在VS2019（可能是C++17）中成功编译和运行，但在gcc中编译失败（目前只有c++11可用）。 是c++标准版的问题吗？ （它指的是“ISO C++ 禁止声明......”）我应该如何改进声明？ 请参阅下图中的错误消息。 gcc error_msg 提前谢谢你们了不起的家伙:-)

Answer 1

此错误与 class SMatrix的前向声明有关。 只是尝试转发声明

template<typename T>
class SMatrix;

在TriTuple 。

在godbolt上检查

在operator<<中也没有检查空矩阵。 我建议您对 gcc 使用-fsanitize=undefined -fsanitize=address 。

Answer 2

[class.friend]/p11 ：

如果友元声明出现在本地 class ( [class.local] ) 中并且指定的名称是非限定名称，则在不考虑最内层封闭非类 scope 之外的范围的情况下查找先前声明。 给朋友 function 声明，如果没有事先声明，程序是病态的。 对于朋友class声明，如果没有事先声明，则指定的class属于最内层的封闭非类scope，但如果随后通过nameup找到匹配的声明，则在查找之前没有提供其名称最里面的非类 scope。

您需要提供SMatrix的定义或至少在引用它之前对其进行前向声明：

template <typename U>
class SMatrix;