为何C++中using namespace bar的非限定查找可编译友元函数模板？

namespace bar {
template<int M = 10>
struct S {
    template<int N = M*2>
    friend int foo(S) { 
        return N-M; 
    }
};

template<int M, int N>
int foo(S<M>);

} /* end of bar */

int main() {
    bar::S<> s;
    /* OK    { using namespace bar; return foo<42>(s) + foo<>(s); } // */
    /* NOK   { return foo<42>(s) + foo<>(s); } // */
    /* NOK   { using namespace bar; return bar::foo<42>(s) + bar::foo<>(s); } // */
    /* NOK */{ return bar::foo<42>(s) + bar::foo<>(s); } // */
}

这段C11代码中，仅当通过using namespace bar;引入命名空间后，以非限定名称调用foo<42>(s)和foo<>(s)能正常编译；而未引入命名空间的非限定调用、带bar::前缀的限定调用均编译失败，原因可从C的名称查找规则和友元特性两方面分析：

1. 友元函数模板的作用域特性 #

在bar::S内部定义的友元函数模板foo，其声明仅在S的类作用域内可见，不会自动注入到外围的bar命名空间作用域。而bar命名空间中单独声明的template<int M, int N> int foo(S<M>);是一个完全独立的双参数函数模板，和友元版本的foo（单参数模板）并非同一实体。

2. 非限定查找+using namespace bar的成功逻辑 #

当执行foo<42>(s)这类非限定调用时：

• using namespace bar让bar命名空间内的所有名字进入当前作用域；
• 由于参数s是bar::S<>类型，编译器会触发参数依赖查找（ADL）：自动去参数类型所在的bar命名空间中查找匹配的函数；
• ADL过程中，编译器会考虑S内部声明的友元函数模板foo——即使它没有在bar命名空间中显式暴露。此时foo<42>(s)会匹配友元的单参数模板（指定N=42），foo<>(s)会使用默认参数N=M*2（M=10，故N=20），两者均能正常实例化。

3. 未引入命名空间的非限定调用失败原因 #

未使用using namespace bar时：

• 全局作用域中没有foo的声明；
• ADL虽然会去bar命名空间查找，但只能找到那个双参数的foo模板，而我们调用的foo<42>(s)只提供了一个模板参数，与双参数模板的签名不匹配，因此编译报错。

4. 限定名称bar::foo调用失败原因 #

当使用bar::foo这类限定查找时，编译器只会在bar命名空间的直接作用域中查找显式声明的名字，也就是那个双参数的foo模板，不会深入到S的类作用域中查找友元声明：

• bar::foo<42>(s)仅提供了一个模板参数，而双参数模板需要两个参数且无默认值，匹配失败；
• bar::foo<>(s)同样缺少第二个模板参数，无法匹配双参数模板，因此编译报错。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user5534993