C++ 编译器会为每种模板类型生成代码吗？

Question

我有两个关于 C++ 模板的问题。假设我已经编写了一个简单的 List，现在我想在我的程序中使用它来存储指向不同对象类型（A*、B* ... ALot*）的指针。我的同事说，对于每种类型，都会生成一段专用的代码，即使所有指针实际上都具有相同的大小。

如果这是真的，有人可以解释一下为什么吗？例如，在 Java 中，泛型与 C++ 中的指针模板具有相同的用途。泛型仅用于预编译类型检查，并在编译前被剥离。当然，所有内容都使用相同的字节码。

第二个问题是，是否还会为 char 和 short 生成专用代码（考虑到它们的大小相同且没有专门化）。

如果这有什么不同，我们正在谈论嵌入式应用程序。

我发现了一个类似的问题，但它并没有完全回答我的问题：Do C++ template classes duplicate code for each pointer type used?

非常感谢！

Answer 1

我有两个关于 C++ 模板的问题。假设我编写了一个简单的 List，现在我想在我的程序中使用它来存储指向不同对象类型（A*、B* ... ALot*）的指针。我的同事说，对于每种类型，都会生成一段专用的代码，即使所有指针实际上都具有相同的大小。

是的，这相当于编写了两个函数。

一些链接器会检测到相同的功能，并消除它们。一些库意识到他们的链接器没有此功能，并将通用代码分解为单个实现，只留下围绕通用代码的强制转换包装器。即，std::vector<T*> 专业化可以将所有工作转发给std::vector<void*>，然后在退出时进行强制转换。

现在，comdat 折叠很微妙：使您认为相同的函数相对容易，但最终却不一样，因此生成了两个函数。作为一个玩具示例，您可以通过typeid(x).name() 打印类型名。现在每个版本的功能都是不同的，不能被淘汰。

在某些情况下，您可能会认为它是一个不同的运行时属性，因此会创建相同的代码，并消除相同的函数 - 但智能 C++ 编译器可能会弄清楚您做了什么，使用 as-if 规则并将其转换为编译时检查，并阻止不完全相同的函数被视为相同。

如果这是真的，有人可以解释一下为什么吗？例如，在 Java 中，泛型与 C++ 中的指针模板具有相同的用途。泛型仅用于每次编译的类型检查，并在编译前被剥离。当然，所有内容都使用相同的字节码。

不，他们不是。泛型大致相当于类型擦除的 C++ 技术，例如 std::function<void()> 用于存储任何可调用对象的操作。在 C++ 中，类型擦除通常通过模板完成，但并非所有模板的使用都是类型擦除！

C++ 对本质上不是类型擦除的模板所做的事情对于 Java 泛型通常是不可能的。

在 C++ 中，您可以使用模板创建一个类型擦除的指针容器，但 std::vector 不会这样做——它会创建一个实际的指针容器。这样做的好处是std::vector 上的所有类型检查都是在编译时完成的，因此不必进行任何运行时检查：安全的类型擦除std::vector 可能需要运行时类型检查和相关的涉及开销。

第二个问题是，是否还会为 char 和 short 生成专用代码（考虑到它们具有相同的大小并且没有专门化）。

它们是不同的类型。我可以编写具有 char 或 short 值的行为不同的代码。举个例子：

std::cout << x << "\n";

x 是short，这会打印一个整数，其值为x -- 其中x 是char，这会打印与x 对应的字符。

现在，几乎所有模板代码都存在于头文件中，并且隐含为inline。虽然inline 并不意味着大多数人认为的意思，但它确实意味着编译器可以轻松地将代码提升到调用上下文中。

如果这有什么不同，我们正在谈论嵌入式应用程序。

真正重要的是您的特定编译器和链接器是什么，以及它们具有哪些设置和标志。

Answer 2

答案是也许。一般来说，每个实例化 模板是一种独特的类型，具有独特的实现，并且 将产生一个完全独立的代码实例。 合并实例是可能的，但会考虑 “优化”（在“好像”规则下），以及这种优化 没有广泛传播。

关于与Java的比较，有几点 要记住：

• C++ 默认使用值语义。一个std::vector，用于 例如，实际上会插入副本。而无论你是 复制 short 或 double 确实会有所不同 生成的代码。在 Java 中，short 和 double 将被装箱， 并且生成的代码将以某种方式克隆一个装箱的实例； 克隆不需要不同的代码，因为它调用虚拟 Object 的功能，但物理复制可以。

• C++ 比 Java 强大得多。特别是，它允许 比较函数地址之类的东西，它需要 模板的不同实例化中的函数具有 不同的地址。通常，这不是重点， 我可以很容易地想象一个编译器有一个选项告诉 它忽略这一点，并合并实例 在二进制级别相同。 （我认为 VC++ 有类似的东西 这个。）

另一个问题是模板在 C++ 中的实现 必须存在于头文件中。当然，在 Java 中， 一切都必须始终存在，所以这个问题会影响所有 类，而不仅仅是模板。这当然是其中之一 Java 不适合大型应用程序的原因。但 这意味着您不想要任何复杂的功能 模板;这样做会失去 C++ 的主要优势之一， 与 Java（和许多其他语言）相比。其实并不是 很少见，在模板中实现复杂的功能时， 让模板从非模板类继承 根据void* 完成大部分实现。尽管 在void* 方面实现大块代码永远不会 有趣，它确实具有提供两者最好的优势 客户的世界：实现隐藏在编译中 文件，以任何方式、形状或方式对客户不可见。