最近在仿写stl，发现stl源码中将模板的声明与定义写在一起实在很不优雅。自己尝试用“传统”方法，及在.h文件里声明,在.cpp文件里定义，然后在main函数里包含.h头文件，这样会报链接错误。这是因为函数模板要被实例化后才能成为真正的函数，在使用函数模板的源文件中包含函数模板的头文件，如果该头文件中只有声明，没有定义，那编译器无法实例化该模板，最终导致链接错误。
上面这句话有点抽象。要理解为什么会出错，首先要理解用传统方法写非模板函数时，编译器是怎么运作的。举个例子
//---------------test.h-------------------// void f();//这里声明一个函数f //---------------test.cpp--------------// #include”test.h” void f() { …//do something } //这里实现出test.h中声明的f函数 //---------------main.cpp--------------// #include”test.h” int main() { f(); //调用f }
编译时会生成两个obj文件，main.obj和test.obj，而在main.obj里并没有f函数的二进制代码，这些代码实际存在于test.obj中。在main.obj中对f的调用只会生成一行call指令，call指令的地址由链接器生成。
再看一个函数模板的例子
//-------------test.h----------------// template<class T> class A { public: void f(); //这里只是个声明 }; //---------------test.cpp-------------// #include”test.h” template<class T> void A<T>::f() { …//do something } //---------------main.cpp---------------// #include”test.h” int main() { A<int> a; a. f(); }
我们知道模板有个具现化的过程，在未被使用的时候是不会生成二进制文件的。所以当链接器去找f函数的地址时，因为在这之前没有调用过f()，test.obj里自然就没有f函数的二进制代码，于是就会报错。
要使模板声明与定义分开也不是没有办法。
第一种办法是在main函数里包含cpp文件
//-------------test.h----------------// template<class T> class A { public: void f(); //这里只是个声明 }; //---------------test.cpp-------------// #include”test.h” template<class T> void A<T>::f() { …//do something } //---------------main.cpp---------------// #include”test.cpp” int main() { A<int> a; a. f(); }
这样三个文件的内容通过include实际上包含在同一个文件里，自然就不会出错了。同理，还可以这样
//-------------test.h----------------// template<class T> class A { public: void f(); //这里只是个声明 }; #include<test_impl.h> //---------------test_impl.h-------------// template<class T> void A<T>::f() { …//do something } //---------------main.cpp---------------// #include”test.h” int main() { A<int> a; a. f(); }
这两种方法实际上都是包含编译，没有本质的区别，不过感觉第二种方法看起来比较舒服。注意：这里的第二种方法必须把实现文件名.cc改成.h才行，如果仍为.cc文件，则很可能行不通，取决于编译器是否支持。
还有一种比较hack的方法
//-------------test.h----------------// template<class T> class A { public: void f(); //这里只是个声明 }; //---------------test.cpp-------------// #include”test.h” template<class T> void A<T>::f() { …//do something } template class A<int>; //---------------main.cpp---------------// #include”test.h” int main() { A<int> a; a. f(); }
这样由于在test.cpp里实例化了A<int>，所以链接器能够找到相关代码，就不会报错。但是这样main函数要用哪种类型的模板都得在test.cpp先实例化，很不方便。
以上都是包含编译的方法，其实C++0x有个export关键字，使模板能分离编译，但是基本没有编译器支持，在c++11中就废除掉了，所以这里就不提了。
注意：
上面第三种方法，即显式实例化的方法，如果涉及到命名空间的话，比如A<T>::f()是限定在某个命名空间下，那么实例化template class A<int>的时候也必须处于命名空间以内才有效。如果是在命名空间以外实例化，将会报错。
注意：
如果模板类还有继承关系的话，上面的第三种实例化的方法仍然可行（即便基类有纯虚函数），只需要显式实例化最终的那个子类即可。如果基类含有纯虚函数，且基类的其他函数实现独立放在某个.cc文件中，为了顺利链接，需要在这个.cc文件末尾进行基类的实例化，如：template class Base<2>。
经测试，这种显式实例化的方法也是奏效的。我原以为可能会因为模板基类是虚类，采用这种方法实例化一个虚类不行，但实践证明仍然可行。
总结起来，把模板类的声明和定义分离开，好处是加快编译速度，但缺点是编译很容易出错，且出错了不好排查。比较有可行性的，要么就是直接把模板类函数的实现与定义同时写到头文件中去，要么就是显式实例化。