C++ 模板

情景1：定义在 h 文件

• File: SourceFile.h

#ifndef SOURCEFILE_H
#define SOURCEFILE_H

#include 

class SourceFile {
public:
    template<typename T>
    SourceFile(const char* name, T val) {
        std::cout << "SourceFile constructor" << std::endl;
    }
};

#endif // SOURCEFILE_H

• File: main.cc

#include "SourceFile.h"

int main() {
    SourceFile sf("1.txt", 10); // Compiled OK!

    return 0;
}

此时，模板函数不需要实例化。

情景2：定义在 cpp 文件

• File: SourceFile.h

// File: SourceFile.h
#ifndef SOURCEFILE_H
#define SOURCEFILE_H

#include 

class SourceFile {
public:
    template<typename T>
    SourceFile(const char* name, T val);
};

#endif // SOURCEFILE_H

• File: SourceFile.cc

#include "SourceFile.h"

template<typename T>
SourceFile::SourceFile(const char* name, T val)  {
    std::cout << "SourceFile constructor" << std::endl;
}

// Explicit instantiations
// 如果定义在 cpp 文件中，必须在 cpp 文件显式实例化模板构造函数
// 否则报错：
// undefined reference to `SourceFile::SourceFile(char const*, int)'
template SourceFile::SourceFile(const char* name, int val); // Required!

• File: main.cc

#include "SourceFile.h"

int main() {
    SourceFile sf("1.txt", 10); // Compiled OK!
    
    // ld error:
    // undefined reference to `SourceFile::SourceFile(char const*, float)'
    SourceFile sfd("2.txt", 1.0f); // ld error!

    return 0;
}

此时，必须在 SoureFile.cc 中显式实例化模板函数。

示例

除了模板构造函数，一般模板函数也是如此：

• File: some.h

#ifndef SOME_H
#define SOME_H

#include 

template<typename T>
void func(T x );

#endif // SOME_H

• File: some.cc

#include "some.h"

template<typename T>
void func(T x) {
    std::cout << "func("  << x << ")" << std::endl;
}

// Explicit Initilizations
template void func(int x);

• File: main.cc

#include "some.h"

int main() {
    func(20); // OK!
    func(10.0); // ld ERROR!

    return 0;
}

原因分析

cpp 文件是单独编译的。模板类/函数没有生成真正的类/函数的实体（不是指对象实体），必须要在编译期决定。但是，如果模板的定义写在 some.cc 文件中，却没有实例化模板，这就导致 some.o 中没有对应的实体的定义。那么，当 main.o 在连接阶段去寻找真正的模板对应的类/函数的实体定义时会出错。

相反，如果定义直接写在 h 文件中，当 main.cc include 这个 h 文件，并且调用对应的模板函数/类时，编译器就得知了怎么去实例化模板，故在编译期对应的模板就已经被实例化了。