1. 隱式實(shí)例化

在代碼中實(shí)際使用模板類構(gòu)造對(duì)象或者調(diào)用模板函數(shù)時(shí)，編譯器會(huì)根據(jù)調(diào)用者傳給模板的實(shí)參進(jìn)行模板類型推導(dǎo)然后對(duì)模板進(jìn)行實(shí)例化，此過程中的實(shí)例化即是隱式實(shí)例化。

template<typename T>
T add(T t1, T2)
{
    return t1 + t2;
}
template<typename T>
class Dylan
{
public:
    T m_data;
};
int main()
{
    int ret = add(3,4);//隱式實(shí)例化，int add<int>(int t1, int t2);
    Dylan<double> dylan;//隱式實(shí)例化
}

2. 顯式實(shí)例化聲明與定義

extern template int add<int>(int t1, int t2);//顯式實(shí)例化聲明
extern template class Dylan<int>;            //顯式實(shí)例化聲明
template int add<int>(int t1, int t2);       //顯式實(shí)例化定義
template class Dylan<int>;                   //顯式實(shí)例化定義

當(dāng)編譯器遇到顯式實(shí)例化聲明時(shí)，表示實(shí)例化定義在程序的其他地方（相對(duì)于當(dāng)前cpp文件）即在其他某一個(gè)cpp文件中定義，因此不再按照模板進(jìn)行類型推導(dǎo)去生成隱式實(shí)例化定義。

當(dāng)編譯器遇到顯式實(shí)例化定義時(shí)，根據(jù)定義所提供的模板實(shí)參去實(shí)例化模板，生成針對(duì)該模板實(shí)參的實(shí)例化定義。

3. 顯式實(shí)例化的用途

模板類、函數(shù)通常定義在頭文件中，這些頭文件會(huì)被很多cpp文件包含，在這些cpp文件中會(huì)多次使用這些模板，比如下面的例子：

//template.hpp
template<typename T>
class Dylan
{
public:
    T m_data;
};
//test1.cpp
#include "template.hpp"
Dylan<int> t1;
Dylan<int> t2;
//test2.cpp
#include "template.hpp"
Dylan<int> t3;
Dylan<int> t4;

在test1.cpp/test2.cpp 中多次實(shí)例化了Dylan<int>類，按說編譯完后的可執(zhí)行程序中會(huì)包含多份Dylan<T>的定義，然而實(shí)際上，整個(gè)程序中卻只有一份Dylan<T>的定義。這個(gè)處理是在編譯和鏈接過程中實(shí)現(xiàn)的，目前主流的實(shí)現(xiàn)模式有兩種：      

a. Borland模式

Borland模式通過在編譯器中加入與公共塊等效的代碼來解決模板實(shí)例化問題。在編譯時(shí)，每個(gè)文件獨(dú)立編譯，遇到模板或者模板的實(shí)例化都不加選擇地直接編譯。在鏈接的時(shí)候?qū)⑺心繕?biāo)文件中的模板定義和實(shí)例化都收集起來，根據(jù)需要只保留一個(gè)。這種方法實(shí)現(xiàn)簡單，但因?yàn)槟０宕a被重復(fù)編譯，增加了編譯時(shí)間。在這種模式下，我們編寫代碼應(yīng)該盡量讓模板的所有定義都放入頭文件中，以確保模板能夠被順利地實(shí)例化。要支持此模式，編譯器廠商必須更換支持此模式的鏈接器。

b. Cfront模式

AT&T編譯器支持此模式，每個(gè)文件編譯時(shí)，如果遇到模板定義和實(shí)例化都不直接編譯，而是將其存儲(chǔ)在模板存儲(chǔ)庫中（template repository）。模板存儲(chǔ)庫是一個(gè)自動(dòng)維護(hù)的存儲(chǔ)模板實(shí)例的地方。在鏈接時(shí)，鏈接器再根據(jù)實(shí)際需要編譯出模板的實(shí)例化代碼。這種方法效率高，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。在這種模式下，我們應(yīng)該盡量將非內(nèi)聯(lián)成員模板的定義分離到一個(gè)單獨(dú)的文件中，進(jìn)行單獨(dú)編譯。

在一個(gè)鏈接器支持Borland模式的編譯目標(biāo)（編譯后的可執(zhí)行文件）上，g++使用Borland模式解決實(shí)例化問題。比如ELF（Linux/GNU), Mac OS X, Microsoft windows， 否則，g++不支持上述兩種模式。

如何避免Borland模式的缺點(diǎn)？

上面我們說g++實(shí)現(xiàn)的是Borland 模式，由于我們?yōu)槊恳环輰?shí)例化生成代碼，這樣在大型程序中就有可能包含很多重復(fù)的實(shí)例化定義代碼，雖然鏈接階段，鏈接器會(huì)剔除這些重復(fù)的定義，但仍然會(huì)導(dǎo)致編譯過程中的目標(biāo)文件（或者共享庫文件）過于龐大。這時(shí)候，我們就可以通過C++11的模板顯式實(shí)例化的方法解決?？聪旅娴拇a：

// template.hpp
template<typename T>
class Dylan
{
public:
    Dylan(T t);
    T m_data;
};
// template.cpp
#include "template.hpp"
template<typename T>
Dylan<T>::Dylan(T t)
{
    m_data = t;
}
template class Dylan<int>; //模板實(shí)例化定義
// main.cpp
#include "template.hpp"
extern template class Dylan<int>; //模板實(shí)例化聲明，告訴編譯器，此實(shí)例化在其他文件中定義
                                  //不需要根據(jù)模板定義生成實(shí)例化代碼  
int main()
{
    Dylan<int> dylan(3);//OK, 使用在template.cpp中的定義
    Dylan<float> dylan1(3.0);//error, 引發(fā)未定義錯(cuò)誤
}

   上面的代碼中，我們將模板類的具體定義放在template.cpp中，并且在template.cpp中通過顯式實(shí)例化定義語句具體化了Dylan<int>。在main.cpp中，我們通過顯式實(shí)例化聲明告訴編譯器，Dylan<int>將在其他文件中定義，不需要在本文件中根據(jù)template.hpp的類模板實(shí)例化Dylan<int>。

由于我們沒有針對(duì)Dylan<float>做顯式實(shí)例化的聲明和定義，因此Dylan<float> dylan(3.0)會(huì)根據(jù)template.hpp中的類模板定義進(jìn)行隱式實(shí)例化，然而構(gòu)造函數(shù)是在template.cpp文件中定義的，在template.hpp中找不到構(gòu)造函數(shù)的定義，因而報(bào)錯(cuò)。如果把構(gòu)造函數(shù)的定義挪回template.hpp，那Dylan<float>就能通過編譯了。

Note：在編譯中，如果指定-fno-implicit-templates，編譯器就會(huì)禁止隱式實(shí)例化，從而只使用顯式實(shí)例化。

參考文獻(xiàn)：Template Instantiation (Using the GNU Compiler Collection (GCC))

到此這篇關(guān)于C++11中模板隱式實(shí)例化與顯式實(shí)例化的定義詳解分析的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++模板實(shí)例化內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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