为何使用using std::swap可解决swap调用的二义性问题？

问题代码 #

#include <iostream>

namespace N1 {
    struct A {
        int x;
    };
    void swap(N1::A& a1, N1::A& a2) noexcept {
        std::cout << "N1\n";
    }
}

namespace std {
    template<>
    void swap(N1::A&, N1::A&) noexcept {
        std::cout << "std\n";
    }
}

namespace N2 {
    void swap(N1::A& a1, N1::A& a2) noexcept {
        std::cout << "N2\n";
    }

    void foo(N1::A& a1, N1::A& a2) {
        //using std::swap; // or any another template swap
        swap(a1,a2);
    }
}

int main(int argc, char* argv[]) 
{   
    N1::A a, b;
    N2::foo(a,b);
}

编译错误信息 #

try4.cpp:28:5: error: call to 'swap' is ambiguous
    swap(a1,a2);
    ^~~~
try4.cpp:9:6: note: candidate function
void swap(N1::A& a1, N1::A& a2) noexcept {
     ^
try4.cpp:22:6: note: candidate function
void swap(N1::A& a1, N1::A& a2) noexcept {
     ^
1 error generated.

问题描述 #

在N2命名空间的foo函数内直接调用swap(a1,a2)时，编译器提示调用存在二义性，候选函数为N1::swap和N2::swap。但取消注释第27行的using std::swap（或添加任意swap模板）后，二义性消除，且会调用N1::swap，需解释该现象的原因。

原因分析 #

1. 无using std::swap时的二义性根源 #

当在N2::foo中直接调用swap(a1,a2)时，编译器会执行两类查找：

• 常规查找：从当前函数作用域向外遍历，找到N2命名空间下的N2::swap，这是一个参数完全匹配的非模板函数。
• 依赖实参的查找（ADL）：C++规定，调用函数时会自动在实参类型所属的命名空间中查找匹配函数。由于a1、a2是N1::A类型，编译器会在N1命名空间中找到N1::swap，同样是参数完全匹配的非模板函数。

这两个函数的签名完全一致，且均为非模板函数，重载决议无法区分优先级，因此触发二义性错误。

2. 添加using std::swap后的二义性消除 #

添加using std::swap后，std::swap（模板函数，包含我们特化的版本）被引入foo函数的作用域，此时候选函数变为三个：N1::swap、N2::swap、std::swap<N1::A>（模板特化实例）。

重载决议遵循以下优先级规则：

• 非模板函数优先于模板函数：std::swap<N1::A>作为模板实例，优先级低于两个非模板的swap函数，会被排除。
• ADL找到的函数优先于常规查找的函数：剩余的N1::swap和N2::swap中，N1::swap是通过ADL找到的（与实参类型同属N1命名空间），而N2::swap是常规查找得到的。根据C++重载决议的补充规则，当两个非模板函数的匹配度完全相同时，通过ADL找到的函数会被优先选择，因此二义性消除，最终调用N1::swap。

3. 添加任意swap模板的情况 #

若添加其他任意swap模板（而非std::swap），原理完全一致：模板函数的存在不会改变非模板函数的优先级，但会触发重载决议中对ADL函数的优先级判定，使得N1::swap（ADL找到）优先于N2::swap（常规查找），从而消除二义性。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Art