C++ - 定义类模板（头文件/源文件）

Question

我想在 voreen 中创建一个处理器（就像这个 .cpp | .h）移植这个 OTB 应用程序：

http://hg.orfeo-toolbox.org/OTB/file/ca4366bb972e/Applications/Segmentation/otbSegmentation.cxx

我已经将几乎所有的参数都编码成属性等，但是..

如果您查看376，您将看到 FloatVectorImageType::SizeType 的类模板，这是一个 typedef 类型。

我不熟悉 c++ 模板，所以我的第一个问题是我应该把这个模板的实现放在哪里，在处理器的 .cpp 或 .h 文件中？简要看一下 c++ 教程和其他处理器示例，如 one above，我发现我必须在 header 中声明模板并在 .cpp 中定义它。

问题是编译器不允许我在 .cpp 中定义 typedef 类型的模板类。 typedef 无法识别..

那么，有人可以在这里指出正确的方向吗？

segmentationprocessor.h

#ifndef OTBSEGMENTATIONAPPLICATION_H
#define OTBSEGMENTATIONAPPLICATION_H

#include "otbVectorImage.h"
#include "modules/otb/ports/otbimageport.h"
#include "modules/otb/ports/otbvectorimageport.h"
#include "voreen/core/properties/boolproperty.h"

//..more includes here

namespace voreen {

class OTBSegmentationApplication : public OTBImageFilterProcessor
{
public:
    OTBSegmentationApplication();

    virtual ~OTBSegmentationApplication();

    virtual Processor* create() const;

    virtual std::string getCategory() const { return "Applications"; }
    virtual std::string getClassName() const { return "Segmentation Application"; }
    virtual CodeState getCodeState() const { return CODE_STATE_EXPERIMENTAL;}//STABLE, TESTING, EXPERIMENTAL

    virtual std::string getProcessorInfo() const;

    /** Images typedefs */
    typedef otb::VectorImage<double, 2> VectorImageType;
    typedef ImageType               LabelImageType;
    typedef ImageType               MaskImageType;

    typedef VectorImageType::SizeType size;

    // Segmentation filters typedefs
    // Edison mean-shift
    typedef otb::MeanShiftVectorImageFilter<VectorImageType,VectorImageType,LabelImageType> EdisonSegmentationFilterType;
    EdisonSegmentationFilterType::Pointer edisonFilter;

    // Home made mean-shift
    typedef otb::MeanShiftSegmentationFilter<VectorImageType, LabelImageType, VectorImageType> MeanShiftSegmentationFilterType;
    MeanShiftSegmentationFilterType::Pointer meanshiftFilter;

    // Simple connected components
    typedef otb::Functor::ConnectedComponentMuParserFunctor<VectorImageType::PixelType> FunctorType;

    typedef itk::ConnectedComponentFunctorImageFilter <VectorImageType, LabelImageType, FunctorType, MaskImageType> ConnectedComponentSegmentationFilterType;
    ConnectedComponentSegmentationFilterType::Pointer ccFilter;

    typedef itk::ScalarConnectedComponentImageFilter<LabelImageType, LabelImageType> LabeledConnectedComponentSegmentationFilterType;
    LabeledConnectedComponentSegmentationFilterType::Pointer labeledCCFilter;

    //..more typedefs here

protected:
    virtual void setDescriptions() {
        setDescription("Performs segmentation of an image, and output either a raster or a vector file. In vector mode, large input datasets are supported.");
    }
    void process();
    virtual void initialize() throw (tgt::Exception);
    virtual void deinitialize() throw (tgt::Exception);

    /** TEMPLATE DECLARATION (?) */

    template<class TInputImage, class TSegmentationFilter>
    VectorImageType::SizeType GenericApplySegmentation(otb::StreamingImageToOGRLayerSegmentationFilter
                                                       <TInputImage, TSegmentationFilter> * streamingVectorizedFilter, TInputImage * inputImage,
                                                       const otb::ogr::Layer& layer, const unsigned int outputNb);
    virtual void updateFilterSelection();
    virtual void updateModeSelection();

private:

    OTBVectorImagePort inPort_;
    StringOptionProperty filter_; ///< Select segmentation algorithm
    OTBVectorImagePort vectorOutPort_;
    OTBImagePort vectorMaskInPort_;
    OTBImagePort outPort_;

    //..more property definitions here

    static const std::string loggerCat_; ///< Category used in logging
};

} // namespace

#endif // OTBSEGMENTATIONAPPLICATION_H

segmentationprocessor.cpp

#include "segmentationprocessor.h"
#include "voreen/core/voreenapplication.h"

namespace voreen {

const std::string OTBSegmentationApplication::loggerCat_("voreen.OTBSegmentationApplication");

OTBSegmentationApplication::OTBSegmentationApplication()
    :OTBImageFilterProcessor(),
      inPort_(Port::INPORT, "IN Multiband Image", 0),
      vectorOutPort_(Port::OUTPORT, "OUT Multiband Image", 0),
      vectorMaskInPort_(Port::INPORT, "IN Mask Image", 0),
      outPort_(Port::OUTPORT, "OUT OTB Image", 0),

      filter_("selectFilter", "Segmentation algorithm"),

      //.. more properties code here

{
    addPort(inPort_);
    addPort(vectorOutPort_);
    addPort(vectorMaskInPort_);
    addPort(outPort_);

    addProperty(filter_);

    //.. adding the rest of properties here

    edisonFilter = EdisonSegmentationFilterType::New();
    meanshiftFilter = MeanShiftSegmentationFilterType::New();
    ccFilter = ConnectedComponentSegmentationFilterType::New();

    //..instantiating more filters needed in implementation here

}

Processor* OTBSegmentationApplication::create() const {
    return new OTBSegmentationApplication();
}

OTBSegmentationApplication::~OTBSegmentationApplication() {

}

void OTBSegmentationApplication::initialize() throw (tgt::Exception) {
    Processor::initialize();
}

void OTBSegmentationApplication::deinitialize() throw (tgt::Exception) {
    Processor::deinitialize();
}

std::string OTBSegmentationApplication::getProcessorInfo() const {
    return "Segmentation Application";
}

void OTBSegmentationApplication::updateFilterSelection() {
    //code for visual updates on properties here
}

void OTBSegmentationApplication::updateModeSelection() {
    //code for visual updates on properties here
}

    //TEMPLATE IMPLEMENTATION HERE (?)
template<class TInputImage, class TSegmentationFilter>
OTBSegmentationApplication::VectorImageType::SizeType OTBSegmentationApplication::GenericApplySegmentation(otb::StreamingImageToOGRLayerSegmentationFilter<TInputImage,
                             TSegmentationFilter> * streamingVectorizedFilter, TInputImage * inputImage, const otb::ogr::Layer& layer, const unsigned int outputNb)
    {
        typedef  TSegmentationFilter SegmentationFilterType;
        typedef  typename SegmentationFilterType::Pointer SegmentationFilterPointerType;
        typedef otb::StreamingImageToOGRLayerSegmentationFilter<TInputImage,SegmentationFilterType> StreamingVectorizedSegmentationOGRType;

    //..the rest of template code here
}


void OTBSegmentationApplication::process() {

    try
    {
        //PROCESSOR IMPLEMENTATION GOES HERE
        LINFO("Segmentation Application Connected");
    }
    catch (int e)
    {
        LERROR("Error in Segmentation Applicationn");
        return;
    }
}

}   // namespace

错误：“VectorImageType”没有命名类型（固定）

Answer 1

我不熟悉 c++ 模板，所以我的第一个问题是我应该把这个模板的实现放在哪里，在处理器的 .cpp 或 .h 文件中？

放在头文件中。这是最简单和最强大的解决方案。通常，您希望将函数的定义（即它们的函数体）放在源文件（.cpp）中，因为源文件可以独立编译。 但这对于模板是不可能的(*)。

_{(*) 略微简化。}

类模板只是类的蓝图，函数模板是函数的蓝图。也就是说，函数模板不是函数，换句话说，“模板函数”具有误导性，它不是函数而是模板/蓝图。

从函数模板（或从类模板构建类）的过程称为实例化。结果是一个实例化的函数，或者更一般地说，一个函数模板专业化。

模板特化是没有模板。函数模板特化只是一个名称怪异的普通函数；类模板特化只是一个名称怪异的类。

模板只会针对某些特定的模板参数集进行实例化：

• 如果您明确要求实例化它
• 或者如果您只使用特殊化（-> 隐式 实例化）。

到目前为止，第二种方式更为常见。一个例子：

template<class T>
struct my_type
{
    T mem;
};

// using the specialization -> implicit instantiation
my_type<int> o;
my_type<double> p;

这将为模板参数int 实例化一次类模板 my_type，并为模板参数double 实例化一次。这将创建两个具有相似名称的 独立 和 不相关 类型：my_type<int> 和 my_type<double>

对于函数也是如此；除了函数，您通常不显式提供模板参数。相反，您让编译器从函数参数的类型中推断出模板参数。示例：

template<class T>
void foo(T param)
{
    std::cout << param;
}

foo<int>(42);  // explicitly specifying the template arguments -- DON'T DO THAT
foo(21);       // template argument *deduction*

第二次调用会自动推断模板参数为int。同样，我们创建（隐式实例化）两个名称相似的函数：foo<int>(int)（名称为 foo<int>，它有一个类型为 int 的函数参数）和 foo<double>(double)

---

为什么将模板的定义放在源文件中是不好的：参见Why can templates only be implemented in the header file?

短版：由于模板是蓝图，为了使用它们，编译器必须实例化它们。但它只能实例化它知道的东西。

如果你在头文件templ.h中声明一个函数模板foo，在templ.cpp中定义它并在main.cpp中使用它，那么：

• 在main.cpp 中，编译器不知道函数模板的定义。它只能实例化foo的声明，不能实例化定义。

• 在templ.cpp 中，编译器确实知道定义，并且可以实例化它。但是，它不知道templ.cpp 之外的用途——因此它不能为所有外部使用的参数集实例化它。

在 OP 中的示例中，这是可行的，但它似乎是一个疏忽：

[模板.h]

template<class T>
void foo(T);

void ordinary_function();

[模板.cpp]

#include "templ.h"

template<class T>
void foo(T p)
{
    std::cout << p;
}

void ordinary_function()
{
    foo(42);     // implicit instantiation of foo<int>
    foo(2.5);    // implicit instantiation of foo<double>
}

[main.cpp]

#include "templ.h"
int main()
{
    foo(23);    // works fine, uses the foo<int> defined in templ.cpp
    foo('a');   // linker error: foo<char> not defined
    return 0;
}

因为foo<char>的定义在templ.cpp中没有被实例化，也无法在main.cpp中被实例化，所以会产生链接器错误。

这就是为什么你不应该依赖这种行为。如果您出于某种原因不想要在头文件中定义函数模板，则可以使用显式实例化。至少，显式实例化是显式的，并且应该记录在案，以免发生意外。

---

编译器实际上抱怨的问题与模板无关；）这只是一个名称查找问题。一个简化的例子：

#include <iostream>

struct Foo
{
    typedef int Bar;

    void do_something();
};

Bar Foo::do_something()
{
    std::cout << "something\n";
}

当编译器看到Bar Foo::do_something() 行时，它会看到Bar，但找不到该名称所指的内容。因此错误。另一方面：

#include <iostream>

struct Foo
{
    typedef int Bar;

    void do_something();
};

Foo::Bar Foo::do_something()
{
    std::cout << "something\n";
}

现在您告诉编译器在哪里查找名称 Bar，即在 Foo 内部。

Answer 2

这是我为帮助您而编写的关于模板的简短示例：
在标题中：

typedef TemplatedClassName< ParameterValue0, ParameterValue1 > TemplateAlias;

在源文件中：
// 显式模板实例化

template class TemplatedClassName< ParameterValue0, ParameterValue1 >;