这几天学着用C++ 模版（Genetic programming）写程序，碰到一个很纠结的问题。描述如下：
通常情况下，我喜欢重载operator<<()用来输出类内部的信息，以方便调试。例如：
class A
{
public:
A(string value): data(value){}
friend ostream& operator<< (ostream & out, const A& me);
private:
string data;
};
ostream& operator<< (ostream & out, const A& me)
{
cout << me.data << endl;
return out;
}
但是，如果给类型加上模版参数，那么友元函数那边也应该加上同样的参数，形式就变为了：
template<typename T>
class A
{
public:
A(string value): data(value){}
friend ostream& operator<< (ostream & out, const A<T>& me);
private:
T data;
};
template<typename T>
ostream& operator<< (ostream & out, const A<T>& me)
{
cout << me.data << endl;
return out;
}
我们知道，template关键字的作用域是下面一个类型或函数的声明，因此，需要两个template才能得以实现。可是编译器（Visual Studio 2010）却不认为它们是相同类型的，因此报出了链接错误：
TemplateFriendFunction.obj : error LNK2019: unresolved external symbol "class std::basic_ostream<char,struct std::char_traits<char> > & __cdecl operator<<(class std::basic_ostream<char,struct std::char_traits<char> > &,class A<class std::basic_string<char,struct std::char_traits<char>,class std::allocator<char> > > con st &)" (??6@YAAAV?$basic_ostream@DU?$char_traits@D@std@@@std@@AAV01@ABV?$A@V?$basic_string@DU?$char_traits@D@std@@V?$allocator@D@2@@std@@@@@Z) referenced in fun ction _main TemplateFriendFunction.exe : fatal error LNK1120: 1 unresolved externals
经过一番分析，我发现链接不上的原因是：我们定义的友元函数还是一个模版，要实例化为参数变元后才能使用。也就是说，即使上面的友元看起来像函数定义，但是若没有经过参数化，编译器就不会生成该函数的代码。gcc的提示信息就显得人性化多了：
TemplateFriendFunction.cpp:14: warning: friend declaration ‘std::ostream& operator<<(std::ostream&, const A<T>&)’ declares a non-template function TemplateFriendFunction.cpp:14: note: (if this is not what you intended, make sure the function template has already been declared and add <> after the function name here)
那么现在的问题就成为了如何实例化重载的操作符模版函数了，我们最先想到的是在函数后面加上模版参数：
cout << <string> *a;
但是编译器不认这种表达式（语法错误、我推测甚至在词法分析阶段就报错了）。
解决方法有两种：（1）把友元函数体放到类声明内部，使其跟着类的实例化一同实例化：
template<typename T>
class A
{
public:
A(string value): data(value){}
friend ostream& operator<< (ostream & out, const A<T>& me)
{
cout << me.data << endl;
return out;
}
private:
T data;
};
但是这样就破坏了类声明和定义分开的原则。
方法（2）把友元模版放到类模版声明之上，同样在类模版参数化时附带把友元函数参数化：
// 先声明模版类，以便在友元函数中引用.
template<typename T>
class A;
// 再声明友元函数.
template<typename T>
ostream& operator<< (ostream & out, const A<T>& me)
{
cout << me.data << endl;
return out;
}
// 最后在模版类中包含友元函数，并实例化友元函数.
template<typename T>
class A
{
public:
A(T value): data(value){}
friend ostream& operator<< <T> (ostream & out, const A<T>& me);
private:
T data;
};
这样看起来虽然复杂，但是思路很清晰了。
综上所述，友元函数导致的链接错误是因为没有实例化模版函数变元，弄清了这一点，我们可以重新修改程序，同样使用C++的参数推测功能，使用最简短的代码，来实现这一功能：
template<typename T>
class A
{
public:
A(string value): data(value){}
friend ostream& operator<< <>(ostream & out, const A<T>& me);
private:
T data;
};
template<typename T>
ostream& operator<< (ostream & out, const A<T>& me)
{
cout << me.data << endl;
return out;
}
在友元函数中显示实例化参数变元即可。其实这段程序比起一开始出错的那段程序来说，就多了”<>”这两个符号。
