C++ 中的模板类声明头文件和实现文件分离后，如何能实现正常编译？

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作者：余天升

链接：http://www.zhihu.com/question/20630104/answer/15722407

来源：知乎

谢@欲三更 邀，这个问题让我想起我在实习的时候犯的一个错误，就是把模版类的定义和实现分开写了，结果编译出错，查了两天才查出问题。

C++中每一个对象所占用的空间大小，是在编译的时候就确定的，在模板类没有真正的被使用之前，编译器是无法知道，模板类中使用模板类型的对象的所占用的空间的大小的。只有模板被真正使用的时候，编译器才知道，模板套用的是什么类型，应该分配多少空间。这也就是模板类为什么只是称之为模板，而不是泛型的缘故。

既然是在编译的时候，根据套用的不同类型进行编译，那么，套用不同类型的模板类实际上就是两个不同的类型，也就是说，stack<int>和stack<char>是两个不同的数据类型，他们共同的成员函数也不是同一个函数，只不过具有相似的功能罢了。&lt;img src="https://pic2.zhimg.com/1772de8abdd112a50e533e3c018535a1_b.jpg" data-rawwidth="749" data-rawheight="308"
class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="749" data-original="https://pic2.zhimg.com/1772de8abdd112a50e533e3c018535a1_r.jpg"&gt;如上图所示，很简短的六行代码，用的是STL里面的stack，stack&amp;lt;int&amp;gt;和stack&amp;lt;char&amp;gt;的默认构造函数和push函数的入口地址是不一样的，而不同的stack&amp;lt;int&amp;gt;对象相同的函数入口地址是一样的，这个也反映了模板类在套用不同类型以后，会被编译出不同代码的现象。

如上图所示，很简短的六行代码，用的是STL里面的stack，stack<int>和stack<char>的默认构造函数和push函数的入口地址是不一样的，而不同的stack<int>对象相同的函数入口地址是一样的，这个也反映了模板类在套用不同类型以后，会被编译出不同代码的现象。

所以模板类的实现，脱离具体的使用，是无法单独的编译的；把声明和实现分开的做法也是不可取的，必须把实现全部写在头文件里面。为了清晰，实现可以不写在class后面的花括号里面，可以写在class的外面。

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作者：缪天翔

链接：http://www.zhihu.com/question/20630104/answer/50856786

来源：知乎

这个feature叫做Export Template，即外名模板，它的作用在于使得模板代码可依照C/C++语言习惯，将模板声明和实现分开分别放到.h和.cpp文件中，并且可以减少冗长的模板编译时间（否则同一模板实例需要在不同编译单元中分别实例化）。

Export Template曾经是被写入C++98标准中的，然并卵，很少有主流编译器支持这一特性。在最新的C++11标准中，它已经被除名了，代之使用extern关键字阻止编译器在某编译单元内实例化特定模板。

Export Template的实现原理，摘录自《深入实践C++模板编程》。
在编译main.cpp时，como的处理与其他编译器并无太大差异，也是生成一个对square<float>的调用等待链接。而在编译square.cpp时，由于square模板声明是一个外名模板，虽然como不会为其生成任何模板实例代码，但是会额外生成一个square.et文件，其中包含对square函数模板实现的索引信息。之后进入一个预链接（prelink）阶段。在此阶段，编译器将根据之前编译时发现的对模板实例的需求，从所有et文件中查找到所需模板实现所在代码文件（cpp文件），并重新编译出所需模板实例。例如例1.8中，在main.cpp中调用了square<float>。那么como将从square.et文件中找到模板square的实现在文件square.cpp中，然后重新编译square.cpp以生成square<float>供链接使用。随后的链接过程和其他C++编译器类似，最终形成链接完整的可执行文件。

有点类似于C++编译器处理全局类对象实例构造的过程，它们需要在main函数之前构造好。

而现代编译器通常的模板实现方式是在编译单元当场生成实例，随后在链接时从重复实例中随机挑选一个进行链接。然而为了支持Export Template，需要对现有编译器做出巨大改动。从人力时间成本考虑，并且有work around可替代方法，Export Template最终被大部分编译器抛弃了。

于是C++的模板库，一定是开源的^ ^