模版定義一定要寫(xiě)在頭文件中嗎?

大家在使用C++代碼時(shí)或多或少都會(huì)使用到模板，使用模板時(shí)應(yīng)該都是把定義放在了頭文件中，因?yàn)榉旁谠次募卸x會(huì)編譯失敗。

那問(wèn)題來(lái)了，模板中的函數(shù)定義一定要寫(xiě)在頭文件中嗎？

先說(shuō)結(jié)論：不一定要放在頭文件中，定義也可以放在源文件中，但操作起來(lái)還是有點(diǎn)麻煩的。

繼續(xù)往下看看

先看一段正常的模板代碼：

// template.h
#include 


template <typename T>
struct TemplateTest {
    T value;
    void func();
};


template <typename T>
void TemplateTest::func() {
    std::cout << typeid(T).name() << std::endl;
}


// test_template.cc
#include "template.h"


int main() {
    TemplateTest<int> test;
    test.func();
    return 0;
}

這段代碼沒(méi)啥毛病，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)放在了頭文件中，也會(huì)正常輸出。

如果我把函數(shù)定義放在源文件中呢，會(huì)怎么樣？

// template.h
#include 


template <typename T>
struct TemplateTest {
    T value;
    void func();
};


// template.cc
template <typename T>
void TemplateTest::func() {
    std::cout << typeid(T).name() << std::endl;
}


// test_template.cc
#include "template.h"


int main() {
    TemplateTest<int> test;
    test.func();
    return 0;
}

嗯，不出意外，編譯報(bào)錯(cuò)了，報(bào)了個(gè)沒(méi)有某個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的error：

/tmp/ccPghOjU.o: In function `main':
test_template.cc:(.text+0x1f): undefined reference to `TemplateTest::func()'
collect2: error: ld returned 1 exit status

為什么沒(méi)有此函數(shù)定義？

先補(bǔ)充個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)，模板的本質(zhì)。本質(zhì)其實(shí)就是類(lèi)型泛化，可以用一個(gè)T代替多種類(lèi)型，對(duì)于上面的模板，假如有此種使用：

TemplateTest<int> test;

那模板最終可能變成這樣：

struct TemplateTest_int {
    int value;
    void func() {
        std::cout << typeid(int).name() << std::endl;
    }
};

如果有這兩種使用：

TemplateTest test;
TemplateTest<float> test;

那模板最終可能會(huì)變成這樣：

struct TemplateTest_int {
    int value;
    void func() {
        std::cout << typeid(int).name() << std::endl;
    }
};


struct TemplateTest_float {
    float value;
    void func() {
        std::cout << typeid(float).name() << std::endl;
    }
};

模板最終會(huì)展開(kāi)成什么樣，取決于用戶(hù)是怎么使用它的。

那回到上面的問(wèn)題，為什么把定義放在源文件中，編譯就失敗了呢，因?yàn)槊總€(gè)源文件的編譯都是獨(dú)立的，盡管在test_template.cc進(jìn)行了TemplateTesttest的使用，但是在template.cc中卻感知不到，所以也就沒(méi)法定義相關(guān)的實(shí)現(xiàn)。

思路來(lái)了，只需要讓template.cc中感知到T有int類(lèi)型的情況，那編譯應(yīng)該就沒(méi)問(wèn)題。這里有個(gè)語(yǔ)法，叫模板實(shí)例化，像這樣：

template struct TemplateTest<int>;

把這行代碼放在template.cc中：

// template.cc
#include "template.h"


template <typename T>
void TemplateTest::func() {
    std::cout << typeid(T).name() << std::endl;
}


template struct TemplateTest<int>;

整個(gè)代碼的編譯就沒(méi)得問(wèn)題了，通過(guò)這種方式即可以實(shí)現(xiàn)模板函數(shù)聲明與實(shí)現(xiàn)的分離。

這也印證了上面的結(jié)論。

這里我再拋出 幾個(gè)問(wèn)題 ，大家可以討論討論：

• 模板的使用是否會(huì)導(dǎo)致代碼段體積增大？怎么解決？
• 模板的函數(shù)定義放在了頭文件中，好多個(gè)源文件都include此頭文件，是否會(huì)導(dǎo)致函數(shù)的multi definition類(lèi)型的鏈接報(bào)錯(cuò)？實(shí)際使用中貌似沒(méi)有報(bào)錯(cuò)，為什么？大家有想過(guò)嗎？