C++ 模板函数的编译

1. 编译的两个步骤

模板在编译时需要经过两个步骤：

在模板函数的定义时期，此时模板还未被某个类型实例化（instantiation），此时会经历以下检查：
1. 语法检查，例如是否少了某些符号
2. 是否出现了不依赖template parameter的未命名的符号（例如未声明的类型，函数名等）
3. 不依赖template parameter的static assert 检查
在实例化阶段，模板的代码会被再次针对该类型进行一些检查，是否符合语法规范等。

例如，以下代码：

template<typename T>
void foo(T t) {
  funcA(); // 如果funcA()未定义，则在第一阶段检查出错
  funcA(t); // 如果funcA(T)未定义，则在第二阶段检查出错
  static_assert(sizeof(T) > 10, // 第一阶段检查出错
               "int too small");
  static_assert(sizeof(T) > 10, // 如果T的size小于10 
               "T too small"); // 则在第二阶段检查出错
}

正因为两阶段编译的特性，如果像往常的方式实现模板的声明和定义（声明写在头文件中，定义写在cpp文件中），会导致程序编译时没问题，但是在link时出现 no definition of xxx的报错。

举个例子：

模板函数声明：

// myfirst.hpp
#pragma once

// declaration of template
template <typename T>
void printTypeOf (T const&);

模板函数定义

// myfirst.cpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <typeinfo>
#include "myfirst.hpp"

// implementation/definition of template
template <typenaem T>
void printTypeOf(T const& x){
  std::cout << typeid(x).name() << "\n";
}

使用模板函数

// main.cpp
#include "myfirst.hpp"

int main(){
  double x = 3.0;
  printTypeOf(ice); // call function template of double
}

2. 编译过程中的link error

这个时候，编译时一切正常，但是在link的时候，会报错printTypeOf()函数没有定义。具体原因是printTypeOf函数没有被实例化，因为这个函数在实例化double类型的时候，只看到了函数的声明，没有看到函数的定义。

针对这个问题，具体的解决办法很简单，把模板函数的声明和实现都放在头文件中

// myfirst2.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <typeinfo>

// declaration
template <typename T>
void printTypeOf(T const&);

// impl
template<typename T>
void printTypeOf(T const& x) {
  std::cout << typeid(x).name() << "\n";
}

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Reference

[1] C++ Templates The Complete Guide Second Edition, David Vandevoorde Nicolai M. Josuttis Douglas Gregor