c++函數模板聲明與定義相分離

  最近在仿寫stl，發現stl源碼中將模板的聲明與定義寫在一起實在很不優雅。自己嘗試用“傳統”方法，及在.h文件里聲明,在.cpp文件里定義，然后在main函數里包含.h頭文件，這樣會報鏈接錯誤。這是因為函數模板要被實例化后才能成為真正的函數，在使用函數模板的源文件中包含函數模板的頭文件，如果該頭文件中只有聲明，沒有定義，那編譯器無法實例化該模板，最終導致鏈接錯誤。

  上面這句話有點抽象。要理解為什么會出錯，首先要理解用傳統方法寫非模板函數時，編譯器是怎么運作的。舉個例子

//---------------test.h-------------------// 
 void f();//這里聲明一個函數f 
//---------------test.cpp--------------// 
 #include”test.h” 
 void f() 
 { 
 …//do something 
 } //這里實現出test.h中聲明的f函數 
//---------------main.cpp--------------// 
 #include”test.h” 
 int main() 
 { 
     f(); //調用f
 } 

編譯時會生成兩個obj文件，main.obj和test.obj，而在main.obj里並沒有f函數的二進制代碼，這些代碼實際存在於test.obj中。在main.obj中對f的調用只會生成一行call指令，call指令的地址由鏈接器生成。

再看一個函數模板的例子

//-------------test.h----------------// 
 template<class T> 
 class A 
 { 
    public: 
     void f(); //這里只是個聲明 
 }; 
//---------------test.cpp-------------// 
 #include”test.h” 
 template<class T> 
 void A<T>::f() 
 { 
 …//do something 
 } 
//---------------main.cpp---------------// 
 #include”test.h” 
 int main() 
 { 
     A<int> a; 
    a. f(); 
 } 

 我們知道模板有個具現化的過程，在未被使用的時候是不會生成二進制文件的。所以當鏈接器去找f函數的地址時，因為在這之前沒有調用過f()，test.obj里自然就沒有f函數的二進制代碼，於是就會報錯。

要使模板聲明與定義分開也不是沒有辦法。

第一種辦法是在main函數里包含cpp文件

//-------------test.h----------------// 
 template<class T> 
 class A 
 { 
    public: 
     void f(); //這里只是個聲明 
 }; 
//---------------test.cpp-------------// 
 #include”test.h” 
 template<class T> 
 void A<T>::f() 
 { 
 …//do something 
 } 
//---------------main.cpp---------------// 
 #include”test.cpp” 
 int main() 
 { 
     A<int> a; 
    a. f(); 
 } 

 這樣三個文件的內容通過include實際上包含在同一個文件里，自然就不會出錯了。同理，還可以這樣

//-------------test.h----------------// 
 template<class T> 
 class A 
 { 
    public: 
     void f(); //這里只是個聲明 
 }; 
#include<test_impl.h>
//---------------test_impl.h-------------// 
 template<class T> 
 void A<T>::f() 
 { 
 …//do something 
 } 
//---------------main.cpp---------------// 
 #include”test.h” 
 int main() 
 { 
     A<int> a; 
    a. f(); 
 } 

 這兩種方法實際上都是包含編譯，沒有本質的區別，不過感覺第二種方法看起來比較舒服。還有一種比較hack的方法

 

//-------------test.h----------------// 
 template<class T> 
 class A 
 { 
    public: 
     void f(); //這里只是個聲明 
 }; 
//---------------test.cpp-------------// 
 #include”test.h” 
 template<class T> 
 void A<T>::f() 
 { 
 …//do something 
 } 
template class A<int>;
//---------------main.cpp---------------// 
 #include”test.h” 
 int main() 
 { 
     A<int> a; 
    a. f(); 
 } 

這樣由於在test.cpp里實例化了A<int>，所以鏈接器能夠找到相關代碼，就不會報錯。但是這樣main函數要用哪種類型的模板都得在test.cpp先實例化，很不方便。

以上都是包含編譯的方法，其實C++0x有個export關鍵字，使模板能分離編譯，但是基本沒有編譯器支持，在c++11中就廢除掉了，所以這里就不提了。