模板类的成员函数何时实例化？

Question

考虑以下示例：

template<typename T>
class Base
{
public:
  inline void fooBase ()
  {
    T t; // The following error only occurs when class ABC is not defined at the end of the file: "error: t uses undefined class ABC"
  }
protected:
};

class ABC;
class DEF;

class Derived : public Base<ABC>
{
public:
  void fooDerived ()
  {
    DEF def; // error: def uses undefined class DEF
  }
};

Derived derived;
void foo ()
{
  derived.fooBase ();
}

class ABC {};
class DEF {};

问题

1. 为什么编译器对只在文件末尾定义的ABC 类感到满意？
2. 为什么声明Derived时不需要定义，声明全局foo函数时也不需要定义？
3. 模板类的成员函数何时实例化？即使该函数被显式内联，该函数似乎在foo () 中调用该函数后被实例化（在文件末尾）。
4. 这种行为是标准 C++ 吗？如果有，是否取决于使用的 C++ 版本？

请注意，fooDerived 会按预期生成错误：在使用该类之前应（完全）定义。

请注意，没有必要单独回答所有问题，因为它们是同一问题的不同表述。

测试环境：

• MSVC（但我对跨平台合规性感兴趣。）
• 它似乎在三个主要编译器（GCC、CLang 和 MSVC）上工作（DEF def; 除外）：https://godbolt.org/z/z_c7mc

Answer 1

模板类的成员函数何时实例化？

类模板特化的成员函数的声明与类特化一起被实例化，但定义仅在需要时才被实例化。通常在调用成员函数时。只要没有使用成员函数，定义就可能不会被实例化。

您的示例调用了成员函数，因此必须实例化定义。

然而，一个特化的成员函数可能有多个实例化点。一个在即将使用之前，但另一个（始终添加）位于翻译单元的末尾

[temp.point]（强调我的）

8函数模板的特化，成员函数 模板，或类的成员函数或静态数据成员的 模板中可能有多个实例化点 翻译单元，除了实例化点 如上所述，对于任何具有以下意义的专业化 翻译单元内的实例化，翻译结束 unit 也被认为是一个实例化点。一个专业化 一个类模板在一个类模板中最多有一个实例化点 翻译单元。任何模板的特化可能有以下几点 在多个翻译单元中实例化。 如果两个不同的点 实例化赋予模板特化不同的含义 根据单定义规则，程序是非良构的，不 需要诊断。

这让我想到了下一点，fooBase 在您展示的翻译单元中有两个实例化点。在一个ABC 不完整，而在另一个它已经完成。根据上面的段落，您的程序格式错误，不需要诊断。编译器可以对违规保持沉默，同时发出一些 似乎 可以工作的代码。但这并不能使程序有效。如果将来更新标准以要求在这种情况下进行诊断，则非法代码将无法构建。如果编译器想要诊断它，它现在甚至可能会失败。