C++11 外部模板：我们在哪里真正需要它们？

Question

在 C++03 中，我们有模板显式实例化定义 (template class Foo<int>)，它强制实例化模板类。

在 C++11 中，我们有 模板显式实例化声明 (extern template class Foo<int>)，它可以防止模板类的隐式实例化。 (Class template instantiation)

我正在尝试模拟实际需要显式实例化声明以减少编译时间的情况。但我不能。没有此功能（或无法使用）似乎一切正常。

这是一个例子：

//Foo.h
#pragma once
template<class T>
class Foo
{
    T inst;
public:
    Foo(T i);
    T& get() const;
};


//Foo.cpp
#include "stdafx.h"
#include "Foo.h"

template<class T>
Foo<T>::Foo(T inst) : inst(inst) { }

template<class T>
T& Foo<T>::get() const { return inst; }

template class Foo<int>; //explicit instantiation definition


//test1.h
#pragma once
#include "Foo.h"

//This line does not work
//extern template class Foo<int>; //explicit instantiation declaration.

void baz();


//test1.cpp
#include "stdafx.h"
#include "test1.h"

void baz()
{
    Foo<int> foo(10);
    int i = foo.get();
}

结果不取决于我是否评论 (extern template class Foo<int>;) 行。

这是两个 *.obj 文件的符号：

dumpbin /SYMBOLS test1.obj

011 00000000 UNDEF notype () 外部 | ??0?$Foo@H@@QAE@H@Z (public: __thiscall Foo::Foo(int))'

012 00000000 UNDEF notype () 外部 | ?get@?$Foo@H@@QBEHXZ (public: int __thiscall Foo::get(void)const )

013 00000000 SECT4 notype () 外部 | ?baz@@YAXXZ (void __cdecl baz(void))

...

dumpbin /SYMBOLS Foo.obj

017 00000000 SECT4 notype () 外部 | ??0?$Foo@H@@QAE@H@Z (public: __thiscall Foo::Foo(int))

018 00000000 SECT6 notype () 外部 | ?get@?$Foo@H@@QBEHXZ (public: int __thiscall Foo::get(void)const )

注意 Foo<int>::Foo<int>(int) 和 int Foo<int>::get(void)const 在 test1.obj 中标记为 UNDEF 的内容，这意味着它们必须在其他地方解析（即 Foo 仅编译一次）。

尝试 #2：

如果我在 Foo.h 文件中定义完整模板（没有显式实例化定义），那么 extern template 没有帮助 - 模板编译两次（在 test1.cpp 和 test2.cpp 中）。

示例：

//test1.h
#pragma once
#include "Foo.h"
void baz();


//test1.cpp
#include "stdafx.h"
#include "test1.h"
void baz()
{
    Foo<int> foo(10); //implicit instantiation of Foo<int>
    int i = foo.get();
}


//test2.h
#pragma once
#include "Foo.h"
extern template class Foo<int>;
void bar();


//test2.cpp
#include "stdafx.h"
#include "test2.h"
void bar()
{
    Foo<int> foo(10); //should refer to Foo<int> from test1.obj but IT IS NOT
    int i = foo.get();
}

这里是符号转储：

dumpbin /SYMBOLS test2.obj

01D 00000000 SECT4 notype () 外部 | ??0?$Foo@H@@QAE@H@Z (public: __thiscall Foo::Foo(int))

01E 00000000 SECT8 notype () 外部 | ?get@?$Foo@H@@QBEHXZ (public: int __thiscall Foo::get(void)const )

01F 00000000 SECT6 notype () 外部 | ?bar@@YAXXZ (void __cdecl bar(void))

dumpbin /SYMBOLS test1.obj

01D 00000000 SECT6 notype () 外部 | ?baz@@YAXXZ (void __cdecl baz(void))

01E 00000000 SECT4 notype () 外部 | ??0?$Foo@H@@QAE@H@Z (public: __thiscall Foo::Foo(int))

01F 00000000 SECT8 notype () 外部 | ?get@?$Foo@H@@QBEHXZ (public: int __thiscall Foo::get(void)const )

在 Foo 提供的两个 *.obj 文件中。

所以我的问题是显式实例化声明可能有什么用处？或者我在测试中遗漏了什么？

我使用VS2013编译器。

Answer 1

这里很好地解释了为什么 ATTEMP#2 不能按我的意愿工作： Is there a bug with extern template in Visual C++?

简而言之，当您在头文件中定义和实现模板时，编译器可能会内联它。然后它执行 显式实例化定义 不符合标准（14.7.2/10“显式实例化”）。

所以我们需要强制编译器不要内联模板。例如，通过在声明之后实现它。

template<class T>
class Foo {
   ...
   T get() const;
};

template<class T>
T Foo<T>::get() const
{ ... }