C++模板异常类重载<<运算符无法推导模板参数U问题求解

1. 异常类报错的核心原因 #

你在FullContainerException中声明的友元operator<<多了一个完全没用的模板参数U：

template<typename U>
friend std::ostream& operator<<(std::ostream &os, FullContainerException<T> a);

这个模板参数U没有出现在函数的任何参数列表里，编译器调用该运算符时完全无法推导U的具体类型，因此直接报错。
你之前将运算符定义放在类内部时可以正常运行，是因为此时该运算符是和类实例绑定的非模板函数，不存在模板参数推导的问题，同时自动成为当前类实例的友元。

2. Element类能正常运行的原因 #

你为Element类声明的友元同样存在多余的U参数，但你重载的operator<<接收的是Element<T>*指针类型，编译器查找匹配函数时，会优先匹配你全局定义的、模板参数仅为T的operator<<实例：

template<typename T>
std::ostream& operator<<(std::ostream &os, Element<T>* a)

该函数的签名刚好符合Element<T>类声明的友元范围（所有接收Element<T>*为第二个参数的operator<<模板都是友元），因此可以正常访问类成员、没有触发推导错误。本质上Element的写法也存在不规范的问题，只是刚好没有触发编译错误。

步骤1：修正头文件中的声明 #

首先在FullContainerException类定义前，提前声明运算符模板和类模板：

// 提前声明类模板
template <typename T> class FullContainerException;
// 提前声明运算符模板
template <typename T> std::ostream& operator<<(std::ostream &os, FullContainerException<T> a);

template <typename T>
class FullContainerException
{
    public:
    Element<T>* elem;
    FullContainerException(Element<T>* elem):elem(elem){};
    // 声明对应模板实例为友元，去掉多余的U参数
    friend std::ostream& operator<< <>(std::ostream &os, FullContainerException<T> a);
};

步骤2：在源文件中显式实例化用到的类型 #

因为模板函数的定义放在源文件中时，编译器无法自动为所有用到的类型生成实例，你需要在operator<<定义的源文件末尾，显式实例化你项目中用到的所有类型：

// 你的运算符定义
template<typename T>
std::ostream& operator<<(std::ostream &os, FullContainerException<T> a)
{
    return os<<"Nie udalo sie dodac elementu: "<<a.elem<<std::endl;
}

// 显式实例化你用到的类型，比如你用到了int类型的异常，就加这行
template std::ostream& operator<<<int>(std::ostream&, FullContainerException<int>);
// 如果用到了其他类型比如std::string，继续加对应实例即可
// template std::ostream& operator<<<std::string>(std::ostream&, FullContainerException<std::string>);

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Szymek