c++11-17 模板核心知识（十三）—— 名称查找与ADL
c++11-17 模板核心知识（十三）—— 名称查找与ADL
在C++中，如果编译器遇到一个名称，它会寻找这个名称代表什么。比如x*y，如果x和y是变量的名称，那么就是乘法。如果x是一个类型的名称，那么就声明了一个指针。
C++是一个context-sensitive的语言 : 必须知道上下文才能知道表达式的意义。那么这个和模板的关系是什么呢？构造一个模板必须知道几个上下文：
- 模板出现的上下文
- 模板被实例化的上下文
- 实例化模板参数的上下文
名称分类
引入两个重要的概念：
- qualified name : 一个名称所属的作用域被显式的指明，例如
::、->或者.。this->count就是一个qualified name，但count不是，因为它的作用域没有被显示的指明，即使它和this->count是等价的。 - dependent name：依赖于模板参数。例如：
std::vector<T>::iterator. 但假如T是一个已知类型的别名（using T = int），那么就不是dependent name.
名称查找
名称查找有很多细节，这里我们只关注几个主要的点。
ordinary lookup
对于qualified name来说，会有显示指明的作用域。如果作用域是一个类，那么基类也会被考虑在内，但是类的外围作用域不会被考虑：
int x;
class B {
public:
int i;
};
class D : public B {};
void f(D *pd) {
pd->i = 3; // finds B::i
D::x = 2; // ERROR: does not find ::x in the enclosing scope
}这点很符合直觉。
相反，对于非qualified name来说，会在外围作用域逐层查找（假如在类成员函数中，会先找本类和基类的作用域）。这叫做ordinary lookup :
extern int count; // #1
int lookup_example(int count) // #2
{
if (count < 0) {
int count = 1; // #3
lookup_example(count); // unqualified count refers to #3
}
return count + ::count; // the first (unqualified) count refers to #2 ;
} // the second (qualified) count refers to #1这个例子也很符合直觉。
但是下面这个例子就没那么正常：
template<typename T>
T max (T a, T b) {
return b < a ? a : b;
}
namespace BigMath {
class BigNumber {
...
};
bool operator < (BigNumber const&, BigNumber const&);
...
}
using BigMath::BigNumber;
void g (BigNumber const& a, BigNumber const& b) {
...
BigNumber x = ::max(a,b);
...
}这里的问题是：当调用max时，ordinary lookup不会找到BigNumber的operator <。如果没有一些特殊规则，那么在C++ namespace场景中，会极大的限制模板的适应性。ADL就是这个特殊规则，用来解决此类的问题。
ADL (Argument-Dependent Lookup)
ADL出现在C++98/C++03中，也被叫做Koenig lookup，应用在非qualified name上（下文简称unqualified name）。在函数调用表达式中（f(a1, a2, a3, ... )，包含隐式的调用重载operator，例如 << ），ADL应用一系列的规则来查找unqualified function names。
ADL会将函数表达式中实参的associated namespaces和associated classes加入到查找范围，这也就是为什么叫Argument-Dependent Lookup. 例如：某一类型是指向class X的指针，那么它的associated namespaces和associated classes会包含X和X所属的任何class和namespace.
对于给定的类型，associated classes和associated namespaces按照一定的规则来定义，大家可以看下官网Argument-dependent lookup，实在有点多，不写在这里了。理解为什么需要ADL、什么时候应用到ADL时，按照对应的场景再去查就行~
额外需要注意的一点是，ADL会忽略using :
#include <iostream>
namespace X {
template <typename T> void f(T);
}
namespace N {
using namespace X;
enum E { e1 };
void f(E) { std::cout << "N::f(N::E) called\n"; }
} // namespace N
void f(int) { std::cout << "::f(int) called\n"; }
int main() {
::f(N::e1); // qualified function name: no ADL
f(N::e1); // ordinary lookup finds ::f() and ADL finds N::f(), the latter is preferred
} namespace N中的using namespace X会被ADL忽略，所以在main函数中，X::f()不会被考虑。
官网的例子
看下官网的例子帮助理解：
#include <iostream>
int main() {
std::cout << "Test\n"; // There is no operator<< in global namespace, but ADL
// examines std namespace because the left argument is in
// std and finds std::operator<<(std::ostream&, const char*)
operator<<(std::cout, "Test\n"); // same, using function call notation
// however,
std::cout << endl; // Error: 'endl' is not declared in this namespace.
// This is not a function call to endl(), so ADL does not apply
endl(std::cout); // OK: this is a function call: ADL examines std namespace
// because the argument of endl is in std, and finds std::endl
(endl)(std::cout); // Error: 'endl' is not declared in this namespace.
// The sub-expression (endl) is not a function call expression
}注意最后一点(endl)(std::cout);，如果函数的名字被括号包起来了，那也不会应用ADL。
再来一个：
namespace A {
struct X;
struct Y;
void f(int);
void g(X);
}
namespace B {
void f(int i) {
f(i); // calls B::f (endless recursion)
}
void g(A::X x) {
g(x); // Error: ambiguous between B::g (ordinary lookup)
// and A::g (argument-dependent lookup)
}
void h(A::Y y) {
h(y); // calls B::h (endless recursion): ADL examines the A namespace
// but finds no A::h, so only B::h from ordinary lookup is used
}
}这个比较好理解，不解释了。
ADL的缺点
依赖ADL有可能会导致语义问题，这也是为什么有的时候需要在函数前面加::，或者一般推荐使用xxx::func，而不是using namespace xxx 。因为前者是qualified name，没有ADL的过程。
引用现代C++之ADL中的例子，只看swap就行，类的其他函数可以略过：
#include <iostream>
namespace A {
template<typename T>
class smart_ptr {
public:
smart_ptr() noexcept : ptr_(nullptr) {
}
smart_ptr(const T &ptr) noexcept : ptr_(new T(ptr)) {
}
smart_ptr(smart_ptr &rhs) noexcept {
ptr_ = rhs.release(); // 释放所有权,此时rhs的ptr_指针为nullptr
}
smart_ptr &operator=(smart_ptr rhs) noexcept {
swap(rhs);
return *this;
}
void swap(smart_ptr &rhs) noexcept { // noexcept == throw() 保证不抛出异常
using std::swap;
swap(ptr_, rhs.ptr_);
}
T *release() noexcept {
T *ptr = ptr_;
ptr_ = nullptr;
return ptr;
}
T *get() const noexcept {
return ptr_;
}
private:
T *ptr_;
};
// 提供一个非成员swap函数for ADL(Argument Dependent Lookup)
template<typename T>
void swap(A::smart_ptr<T> &lhs, A::smart_ptr<T> &rhs) noexcept {
lhs.swap(rhs);
}
}
// 开启这个注释，会引发ADL冲突
//namespace std {
// // 提供一个非成员swap函数for ADL(Argument Dependent Lookup)
// template<typename T>
// void swap(A::smart_ptr<T> &lhs, A::smart_ptr<T> &rhs) noexcept {
// lhs.swap(rhs);
// }
//
//}
int main() {
using std::swap;
A::smart_ptr<std::string> s1("hello"), s2("world");
// 交换前
std::cout << *s1.get() << " " << *s2.get() << std::endl;
swap(s1, s2); // 这里swap 能够通过Koenig搜索或者说ADL根据s1与s2的命名空间来查找swap函数
// 交换后
std::cout << *s1.get() << " " << *s2.get() << std::endl;
}(完)
腾讯云开发者
