源代码组织（C++ 模板）

2023-04-03

在定义类模板时，必须以这样一种方式组织源代码：在编译器需要成员定义时，可以看到成员定义。可以选择使用包含模型或显式实例化模型。在包含模型中，在使用模板的每个文件中都加入成员定义。这是最简单的方法，它在可与模板一起使用的具体类型方面提供了最大的灵活性。缺点是会增加编译时间。如果项目或包含的文件本身很大，那么时间可能很长。使用显式实例化方法，模板本身会实例化特定类型的具体类或类成员。此方法可以加快编译时间，但它仅限于模板实现者提前启用的那些类的使用情况。通常，我们建议使用包含模型，除非由于编译时间问题而存在局限性。

背景

模板与普通类不同，因为编译器不会为模板或其任何成员生成对象代码。在使用具体类型实例化模板之前，不会生成任何内容。当编译器遇到模板实例化（例如 MyClass<int> mc;）并且尚未存在具有该签名的类时，它将生成一个新类。它还会尝试为使用的任何成员函数生成代码。如果这些定义位于一个并未直接或间接 #included 在正在编译的 .cpp 文件内的文件中，编译器就无法看到它们。从编译器的角度来看，这不一定是错误。这些函数可以在另一个翻译单元中定义，链接器会在那里找到它们。如果链接器找不到该代码，则会引发无法解析的外部错误。

包含模型

使模板定义在整个翻译单元中可见的最简单、最常见的方法是将定义放入头文件本身。使用模板的任何 .cpp 文件只需 #include 标头。这是标准库中使用的方法。

#ifndef MYARRAY
#define MYARRAY
#include <iostream>

template<typename T, size_t N>
class MyArray
{
    T arr[N];
public:
    // Full definitions:
    MyArray(){}
    void Print()
    {
        for (const auto v : arr)
        {
            std::cout << v << " , ";
        }
    }

    T& operator[](int i)
   {
       return arr[i];
   }
};
#endif

使用此方法，编译器有权访问完整的模板定义，并可以按需为任何类型实例化模板。这很简单，而且相对容易维护。但是，包含模型确实存在编译时间成本。在大型程序中，此类成本可能很高，尤其是在模板标头本身 #include 其他标头的情况下。每个 #include 标头的 .cpp 文件都将获得自己的函数模板和所有定义的副本。链接器通常能够解决问题，这样最终便不会得到函数的多个定义，但是完成这项工作需要时间。在较小的程序中，可能不需要太长的额外编译时间。

显式实例化模型

如果包含模型无法用于你的项目，并且你明确知道将用于实例化模板的类型集，则可以将模板代码分离到 .h 和 .cpp 文件中，并在 .cpp 文件中显式实例化模板。此方法将生成编译器在遇到用户实例化时将看到的对象代码。

通过使用关键字 template，然后使用要实例化的实体的签名，创建显式实例化。此实体可以是类型或成员。如果显式实例化类型，则会实例化所有成员。

头文件 MyArray.h 声明模板类 MyArray：

//MyArray.h
#ifndef MYARRAY
#define MYARRAY

template<typename T, size_t N>
class MyArray
{
    T arr[N];
public:
    MyArray();
    void Print();
    T& operator[](int i);
};
#endif

源文件 MyArray.cpp 显式实例化 template MyArray<double, 5> 和 template MyArray<string, 5>：

//MyArray.cpp
#include <iostream>
#include "MyArray.h"

using namespace std;

template<typename T, size_t N>
MyArray<T,N>::MyArray(){}

template<typename T, size_t N>
void MyArray<T,N>::Print()
{
    for (const auto v : arr)
    {
        cout << v << "'";
    }
    cout << endl;
}

template MyArray<double, 5>;
template MyArray<string, 5>;

在前面的示例中，显式实例化位于 .cpp 文件的底部。 MyArray 只能用于 double 或 String 类型。

注意

在 C++11 中，模板定义的上下文中已弃用 export 关键字。实际上，这几乎没有影响，因为大多数编译器从不支持它。

通过

源代码组织（C++ 模板）

背景

包含模型

显式实例化模型

反馈

其他资源