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.h

namespace My_stack
{
    class A
	{
	public:
		void fun1();
		void fun2();
	};
}


// stack.cpp

namespace 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();
	}

	template
	class 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。

 模版的优缺点

【优点】

  1. 模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发，C++的标准模板库(STL)因此而产生
  2. 增强了代码的灵活性

【缺陷】

  1.  模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
  2. 现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误