函数模板的显式实例化何时发生

Question

您好，我想了解显式实例化。所以阅读不同的例子，但在一个例子中有一些疑问。下面给出了示例，我对这个特定示例有两个疑问。

文件 Application.cc 包含：

extern template int compare(const int&, const int&);
int i = compare(a1[0], a2[0]);// instantiation will appear elsewhere

文件 templateBuild.cc 包含：

template int compare(const int&, const int&);

还要注意函数模板比​​较是：

template<typename T, typename F = less<T>>
int compare(const T &v1, const T &v2, F f = F())
{
  if (f(v1,v2)) return -1;
  if (f(v2,v1)) return 1;
  return 0;
}

我的问题如下：

1. 正如您在 Application.cc 文件的第 2 行中看到的那样（作为注释）实例化将出现在其他地方。但是这里我们使用模板函数int i = compare(a1[0], a2[0]);，我们知道每当我们使用模板函数时，编译器都会实例化它。那么为什么要写那条评论呢？同样在解释中写道

当编译器看到实例化定义（而不是声明）时，它 生成代码。因此，文件 templateBuild.o 将包含以下定义 将实例化与 int 进行比较。

所以我的问题是，如果编译器在看到实例化定义时生成代码，那么 templateBuild.o 将包含用 int 实例化的 compare 的定义，那么我们如何使用 compare(a1[0], a2[0]); 在 Application.cc 文件中使用 compare() ?我的意思是 compare() 模板还没有被实例化，那么在它被实例化之前我们如何使用它呢？

1. 我的第二个问题是我应该在哪里写（放置） compare() 模板的内容。例如在头文件或 Application.cc 文件中？ compare() 模板的内容是指我在示例中给出的第三个代码块。

Answer 1

我想您正在处理一个案例，其中函数模板在头文件中定义，然后包含在两个源文件中。例如（为简单起见，我删除了功能参数）：

// compare.h

template<typename T>
int compare(const T &v1, const T &v2)
{
  if (v1 < v2) return -1;
  if (v2 < v1) return 1;
  return 0;
}

// Application.cc

#include <compare.h>

extern template int compare(const int&, const int&);
int i = compare(1, 2); 

// templateBuild.cc

#include <compare.h>

template int compare(const int&, const int&);

现在，可视化这两个源文件的翻译单元的样子很有用。

1. Application.cc 的翻译单位：

template<typename T>
int compare(const T &v1, const T &v2)
{
  if (v1 < v2) return -1;
  if (v2 < v1) return 1;
  return 0;
}

extern template int compare(const int&, const int&);
int i = compare(1, 2);

当编译器翻译（编译）这个翻译单元时，它只看到显式实例化声明。如果它不存在，compare 函数调用将导致隐式定义实例化。但既然它在那里，就避免了这种隐式实例化，如here所写：

显式实例化声明（extern 模板）可防止隐式实例化：否则会导致隐式实例化的代码必须使用程序中其他地方提供的显式实例化定义。

因此，编译器仅生成用于调用 compare<int> 的机器代码，因为它是一个普通（非模板）函数，其声明但未在翻译单元中定义。

现场演示：https://godbolt.org/z/1c8jvvcv1

请注意，没有为compare<int> 生成机器代码。

1. templateBuild.cc 的翻译单位：

template<typename T>
int compare(const T &v1, const T &v2)
{
  if (v1 < v2) return -1;
  if (v2 < v1) return 1;
  return 0;
}

template int compare(const int&, const int&);

这里，我们有一个显式的实例化定义，它导致函数模板被实例化为compare<int>。

现场演示：https://godbolt.org/z/o9vxPvP75

现在，compare<int> 的机器码已经生成。

Answer 2

问题 1)

extern template int compare(const int&, const int&);

使用这一行，您可以抑制模板特化或其成员的隐式实例化。这就是第二行注释的意思。在当前示例中，显式实例化定义位于 templateBuild.cc 文件中。 你可以找到详细的解释here。

问题 2)

您必须将模板类定义和声明放在同一个（头文件）文件中。 更多详情请查看this页面。