实现 C++ 模板的优雅解决方案

Question

灵感来自2009 question

背景：我目前正在从事一个小型 c++ 项目，并决定尝试创建自己的模板类。我立即遇到了十几个链接器错误。

就目前而言，我的理解是模板特化只有在绝对需要时才会生成，这意味着模板类的实现必须内联，或者在底部伴随着显式实例化。 （为什么一个暗示另一个我不太确定）

问题：为什么会这样？如果模板在单独的.cpp 文件中实现，编译顺序是否有什么特别之处使得编译器无法按需实例化模板？在我看来，标题和实现只是简单地附加在一起。

另外，我上面链接的问题最初是在十多年前发布的，一些 cmets 注意到提到的 c++-faq 引用已经过时，所以我想知道是否有新的标准支持同时启用单独的 header/实现文件和隐式实例化。

Answer 1

为什么会这样？ 由于模板在第一阶段编译器通过两个阶段进行编译，因此主要检查语法错误。如果在你的模板中没有发现错误是合法使用的，但是在这个阶段编译器不会为它生成任何代码。在第二阶段，编译器将为您使用的模板函数的所有类成员函数生成代码。

因为模板是在编译时评估的。那么当编译器编译它时会发生什么？例如，如果您在 templated.hpp 文件中定义了一个模板，并在 implementation.cpp 文件中实现了它。编译器将每个文件分别编译成一个对象，然后链接器将它们链接在一起。由于模板是在编译时评估的，因此编译器需要在编译时实现它，如果您将它放在不同的实现文件中，这是不可用的。所以链接器向您抱怨我无法为您的此模板找到类型 T 的实现。这一切都发生在编译时。

到目前为止，直到 C++20 甚至 C++23 模板仍然需要在编译时进行评估，尽管 C++ 添加了新概念 modules，我不确定它是否可以这样使用，但你可以阅读它here。