c 模板編譯

如何組織編寫模板程式

前言常遇到詢問使用模板到底是否容易的問題，我的回答是：「模板的使用是容易的，但組織編寫卻不容易」。看看我們幾乎每天都能遇到的模板類吧，如stl, atl, wtl, 以及boost的模板類，都能體會到這樣的滋味：介面簡單，操作複雜。

我在5年前開始使用模板，那時我看到了mfc的容器類。直到去年我還沒有必要自己編寫模板類。可是在我需要自己編寫模板類時，我首先遇到的事實卻是「傳統」程式設計方法(在.h檔案宣告，在.cpp檔案中定義)不能用於模板。於是我花費一些時間來了解問題所在及其解決方法。

本文物件是那些熟悉模板但還沒有很多編寫模板經驗的程式設計師。本文只涉及模板類，未涉及模板函式。但論述的原則對於二者是一樣的。

問題的產生

通過下例來說明問題。例如在array.h檔案中有模板類array：

// array.h
template
class
array
;    t& operator(int i) 
const t& get_elem (int i) const 
void set_elem(int i, const t& value) 
operator t*()       
};

然後在main.cpp檔案中的主函式中使用上述模板：

// main.cpp
#include "array.h"
int main(void)

這時編譯和執行都是正常的。程式先建立乙個含有50個整數的陣列，然後設定陣列的第乙個元素值為2，再讀取第乙個元素值，最後將指標指向陣列起點。

但如果用傳統程式設計方式來編寫會發生什麼事呢？我們來看看：

將array.h檔案**成為array.h和array.cpp二個檔案(main.cpp保持不變)

// array.h        
template
class
array
;      t& operator(int i);
const t& get_elem (int i) const;
void set_elem(int i, const t& value);
operator t*();      
};

// array.cpp
#include "array.h"
template
t& array
::operator (int i)
template
const t& array
::get_elem(int i) const
template
void
array
::set_elem(int i, const t& value)
template
array
::operator t*()

要回答上面的問題，就要深入了解模板的例項化過程。

模板例項化

程式設計師在使用模板類時最常犯的錯誤是將模板類視為某種資料型別。所謂型別參量化(parameterized types)這樣的術語導致了這種誤解。模板當然不是資料型別，模板就是模板，恰如其名：

編譯器使用模板，通過更換模板引數來建立資料型別。這個過程就是模板例項化(instantiation)。

從模板類建立得到的型別稱之為特例(specialization)。

模板例項化取決於編譯器能夠找到可用**來建立特例(稱之為例項化要素，

point of instantiation)。

要建立特例，編譯器不但要看到模板的宣告，還要看到模板的定義。

模板例項化過程是遲鈍的，即只能用函式的定義來實現例項化。

再回頭看上面的例子，可以知道array是乙個模板，array

// templateinstantiations.cpp #include "array.cpp" template class array ; // 顯式例項化

array型別不是在main.cpp中產生，而是在templateinstantiations.cpp中產生。這樣鏈結器就能夠找到它的定義。用這種方法，不會產生巨大的標頭檔案，加快編譯速度。而且標頭檔案本身也顯得更加「乾淨」和更具有可讀性。但這個方法不能得到惰性例項化的好處，即它將顯式地生成所有的成員函式。另外還要維護templateinstantiations.cpp檔案。

第三種方法是在模板定義中使用export關鍵字，剩下的事就讓編譯器去自行處理了。當我在

stroustrup的書中讀到export 時，感到非常興奮。但很快就發現vc 6.0不支援它，後來又發現根本沒有編譯器能夠支援這個關鍵字(第乙個支援它的編譯器要在2023年底才問世)。自那以後，我閱讀了不少關於export 的文章，了解到它幾乎不能解決用包含模式能夠解決的問題。欲知更多的export關鍵字，建議讀讀herb sutter撰寫的文章。

結論要開發模板庫，就要知道模板類不是所謂的」原始型別」，要用其它的程式設計思路。本文目的不是要嚇唬那些想進行模板程式設計的程式設計師。恰恰相反，是要提醒他們避免犯下開始模板程式設計時都會出現的錯誤。

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