C++ - 模板分离编译

模板分离编译

我们先来看一个问题，我们用 stack 容器的声明定义分离的例子来引出这个问题：
// stack.h

// stack.h
#pragma once
#include<deque>namespace My_stack
{template<class T, class Container = std::deque<T>>class stack{public:void push(const T& x){_con.push_back(x);}void pop(){_con.pop_back ();}T top(){return _con.back();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};
}

现有如上这个stack 类，我们把 push （）函数和 pop（）函数声明定义分离，如下所示：

// stack.cpp

#include"stack.h"namespace My_stack
{template<class T, class Container>void stack<T, Container>::push(const T& x){_con.push_back(x);}template<class T, class Container>void stack<T, Container>::pop(){_con.pop_back();}
}

看似上述的分离是没有问题，但是，当我们编译的时候就报错了：

上述报了一些 link 链接错误，这时候我们就很疑惑，反复查看声明和定义的链接关系，也看不出问题。

我们调用 size （）这些没有进行声明定义分离的函数是没有问题，问题就出在，我们什么定义分离的 push（）和 pop（）。

我们在简单定义一个 A 类来对比：

// stack.hnamespace My_stack
{class A{public:void fun1();void fun2();};
}// stack.cppnamespace My_stack
{void func1()  // 定义了{}// 未定义// void func2()
}

在从源文件生成可执行文件，有以下几步：

上述的 push（）函数和 func2 （）函数都编译通过了，因为声明只是一个承诺，编译器在编译的时候，只会看函数有没有声明，如果这个函数有定义，那么就会去看这个函数的定义是否和声明一致，一致那么就编译通过了；没有定义有声明也是可以编译通过的。

但是在最后链接的时候：

fun1（）函数有声明和定义，成功链接上了；
而func2（）有声明但是没有定义，所以没有连接上（这是正常的）；
但是此时的问题是 push（）函数有声明和定义，但是却链接失败了。

简单形容就是，我想买手机像func1（）这个朋友借钱，它有声明，也就给我承诺了借我1000元，在最后买手机的时候，func1（）也借给了我1000元。

而 func2（）就是有声明，承诺给我500元，但是在买手机那一天，他却说它家里面有事，有需要用钱就没借我钱。

最后是 push（）他也有声明，也承诺借钱给我，买手机那一天也确实向银行转了钱，但是我却没有收到。

最后push()的问题不是出在我和 push（）身上，而是出在银行身上。

所以，现在你应该明白这个问题出来哪一个身上了，没错就是编译器的问题。

问题就出在编译的时候，因为地址是存在编译生成的 .s 文件当中，而在声明当中给的模版参数是 T，编译器在编译的时候不知道这个 T 是什么类型，没错，就是出在了没有实例化上面。编译器都不知道实例化出的 T 的类型是什么，就无法生成这个函数的地址。

func1（）可以生成地址是因为 func1（）不是模版函数，而push（）是模版参数，只有实例化之后才能生成地址。

解决方式

第一种是显示实例化：

namespace My_stack
{template<class T, class Container>void stack<T, Container>::push(const T& x){_con.push_back(x);}template<class T, class Container>void stack<T, Container>::pop(){_con.pop_back();}templateclass stack<int>;
}

这里的 template 是语法规定，告诉编译器这里是显示实例化。

但是这个方式只能适用于单个类型，如果是其他类型的模版参数就不行了。

我们反观 top（）这些函数，没有进行声明定义分离的函数，之所以能找到是因为这些函数的地址不需要再下面进行寻找，编译的时候就已经找到了地址（有定义就实例化，自然就找到了地址）。

而其他函数在后面需要找是因为，push（）这些函数只有声明。

所以，如果我们想要进行声明定义分离的话，模版的分离不能分在两个问题，因为把声明和定义分离在同一个文件当中（如下代码所示）：

#pragma once
#include<deque>namespace My_stack
{template<class T, class Container = std::deque<T>>class stack{public:void push(const T& x);void pop();//void push(const T& x)//{//	_con.push_back(x);//}//void pop()//{//	_con.pop_back ();//}T top(){return _con.back();}size_t size(){return _con.size();}bool empty(){return _con.empty();}private:Container _con;};template<class T, class Container>void stack<T, Container>::push(const T& x){_con.push_back(x);}template<class T, class Container>void stack<T, Container>::pop(){_con.pop_back();}
}

在库当中也是这样，把声明和定义，分离在同一个文件当中。

当然，为了实现像之前一样的，用 .cpp 和 .h 两个文件实现的声明和定义分离的效果，我们可以将声明和定义放到一个文件 "xxx.hpp" 里面或者xxx.h其实也是可以的。推荐使用这种
这里的 .hpp 表示的意思就是 .cpp 和 .h 的合体。当然不写成 .hpp 也是可以的。