什么时候适合显式实例化模板？答案

【问题标题】：When is it appropriate to explicitly instantiate templates?什么时候适合显式实例化模板？
【发布时间】：2014-07-28 23:25:03
【问题描述】：

在相关问题Why can templates only be implemented in the header file? 中，描述了避免链接器错误的两种策略：

在头文件中实现整个模板；或
使用template class Foo<int> 语法显式实例化模板。

据我所知，#1 似乎是“首选”方法，并且在每个库中都使用了 - 大概是因为很难或不可能预测库使用者想要使用哪些类型。我的问题涉及策略 #2。

具体来说，我为什么要这样做？

仅供参考：我大多是 C++ 新手，具有丰富的 C# 背景。我已经习惯了 .NET 风格的泛型，这更简单一些，是的，我理解 为什么 它们是不同的。但是，我假设 C++ 开发人员仍然关心耦合。表格 #2 是否不会引入一种特别烦人的耦合形式，开发人员必须不断编辑模板的 .cpp 文件，才能将模板用于不同的、以前无法预料的类型？这不是违背了模板的目的吗？

是否存在与解决方案 #2 相关的合法或重要用例？

【问题讨论】：

是的，有一个明显的重要用例：在大多数桌面/服务器平台上链接的动态 C++ 库 (dll / so) 包含最常用模板的实例化，即使它们可能没有那里需要。（尽管如此，尽管它们被声明为 extern 以避免非内联实例化，但它们仍然在头文件中完全定义）
@Deduplicator：你能解释一下为什么这是一个好处吗？我不是在质疑它，我只是不太明白，并且希望在答案形式中进行一些详细说明。
@Aaronaught 它加速了编译和链接，如果模板是预先实例化的，那么编译器就不必为每个目标文件创建单独的实例。在链接期间，链接器也不必解析多个实例化。

标签： c++ templates

【解决方案1】：

在header中实现整个模板有明显的优势（首选方法）：

添加模板特化：许多标准库模板可能是特化的。
在新类型上使用它：模板是为了通用性，如果您不能随意选择模板参数，则会受到很大限制。
学习其他模板专业化。

那么，为什么在实现文件中使用显式模板实例化，而只在头文件中提供模板的接口呢？（纯粹的方法根本没有真正使用）

实现隐藏。
编译速度更快！！由于大量使用模板，否则我们会遇到经典的O(n*m) 问题。
将这些模板放在共享库中以减少代码大小。

还有一种混合方法，它试图获得第二种方法的一些优点，同时保留第一种方法的所有优点：

使用extern 定义最常用的模板实例化，并提供来自共享库的显式实例化。

这具有第一种方法的所有优点，但与第二种方法相比只有一个优点：
这些显式实例化可以在共享库中。

共享 C++ 语言库使用这种混合方法。

顺便说一句：委员会对当前的事态并不满意：
他们正在开发一个真正的模块系统，该系统将结合两者的优点。
这篇 SO 帖子有一些信息：C++ Modules - why were they removed from C++0x? Will they be back later on?
2014 年 5 月的 C++ 委员会提案：A Module System for C++

【讨论】：

【解决方案2】：

当您想编写任何人都可以使用的通用类或函数时，请使用数字 1。当您想为多个特定类型重载一个类或函数时使用数字 2，但它们都将具有相同的实现。

【讨论】：

这在技术上显然是正确的，尽管它本质上是在说明实现的什么。但是为什么你会想要这样一个模板，一个仅限于特定类型的模板？
@Aaronaught template<bool optionA> void do_task();