重复带默认模板参数的类模板前向声明为何报错？

问题现象 #

重复声明带有默认模板参数的类模板时会触发编译错误，错误信息如下：

<source>:12:23: error: redefinition of default argument for 'class<template-parameter-1-2>'
   12 | template <typename T, typename = T>
      |                       ^~~~~~~~
<source>:9:23: note: original definition appeared here
    9 | template <typename T, typename = T>
      |         

但无默认模板参数的类模板重复前向声明不会报错，甚至第一次声明带默认参数、第二次声明去掉默认参数的情况也能正常编译。完整示例代码：

// 无默认参数，重复声明合法
template <typename T>
struct ok;

template <typename T>
struct ok;

// 带相同默认参数，重复声明报错
template <typename T, typename = T>
struct not_ok;

template <typename T, typename = T>
struct not_ok;

// 第一次带默认参数，第二次去掉，编译通过
template <typename T, typename = T>
struct why_is_it_ok;

template <typename T, typename>
struct why_is_it_ok;

原因解析 #

• 无默认参数的重复声明合法：C++标准允许对类模板进行多次前向声明，只要模板参数列表的结构（参数数量、占位符类型）一致，重复声明就符合规则，这和普通类的重复前向声明逻辑一致。
• 重复指定相同默认参数报错：模板参数的默认参数只能在第一次声明（或定义）时指定，后续声明中不能重复给出——哪怕默认参数的内容完全相同也不行。编译器会将这种重复指定视为“默认参数重定义”，因为默认参数属于模板声明的一部分，重复书写相当于试图修改已确定的默认设置。
• 省略默认参数的二次声明合法：当第一次声明已经指定了默认参数，后续声明省略默认参数时，编译器会认为你是在沿用之前已经确定的默认参数，而非重新定义。此时两次声明的模板参数列表本质兼容——第二个参数依然存在，只是未重复书写默认值，因此不会触发错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sergey Kolesnik