透彻理解c++模板包含模型(转)

原文的地址是：http://blog.csdn.net/ixsea/article/details/6695496
观点
包含模型是C++模板源代码的一种组织方式，它鼓励将模板代码全部放在一个.h头文件中，这样可以避免莫名其妙的链接错误。
莫名其妙的链接错误
一般而言，程序员习惯将函数和类的声明放在.h文件、把它们的实现放在.cpp文件，这种多文件组织方式一直被倡导。一方面，这种分离使得代码逻辑清晰，想要了解程序用到哪些全局函数和类，只要查看.h文件就可以。如果把声明和实现都揉在一起，带来的麻烦可想而知，要在一堆乱糟糟的代码中寻找函数名、类名、成员名是一种折磨。另一方面，在构建动态链接库时，这种组织方式是必需的。因为动态链接库是二进制级别上的代码复用，它的一大优点就是具体的实现过程被隐藏起来，全部揉在一个.h文件中显然不符合要求。
然而不幸的是，当程序员仍然按照这种好的习惯编写模板代码时，却出现了问题。比如下面这个简单的例子：

// Bigger.h  template<typename T>  T Bigger(T,T);  //Bigger.cpp  #include"Bigger.h"  template<typename T>  T Bigger(T a,T b)  {      return a>b?a:b;  }  //main.cpp  #include"Bigger.h"  #include<iostream>  using namespace std;  int main()  {      cout<<Bigger(10,20)<<endl;      system("pause");      return 0;  }  

这几行代码很简单，分成了三个文件Bigger.h、Bigger.cpp以及main.cpp，分别对应模板函数Bigger的声明、定义和使用。看起来结构清晰，符合好的编码习惯，编译链接却得到这样的错误提示：

Error 1 error LNK2019: unresolved external symbol "int __cdecl Bigger<int>(int,int)" (??$Bigger@H@@YAHHH@Z) referenced in function _main E:\Codes\Chapter3Lab\includeModel\main.obj

意思是链接器找不到main.obj里Bigge函数的实现。这种看起来毫无道理的链接错误，也很好的体现了模板的实例化规则。
模板的实例化规则
对于模板函数来说，只有被调用的模板函数才被实例化，这里的被调用并不要求它必须被main函数调用。某个普通函数调用了模板函数，该模板函数就将对应产生一个实例，而调用它的普通函数可能并不被main调用，也即有可能并不被执行。
模板类也有类型的实例化规则，特别的是即使显式实例化了类模板，类模板的成员函数也未必被实例化，这是模板类的“不完全”实例化规则.
链接错误的解释
了解了模板的实例化规则，就可以对上面的链接错误做出解释了。main.cpp中调用了Bigger(10,20)，按理说这将引起模板函数Bigger(T,T)被实例化为普通函数，然而在main.cpp所属的翻译单元里并没有Bigger(T,T)的实现，对main.cpp所属的翻译单元来说，Bigger(T,T)的实现是不可见的。因此，由main.cpp所属翻译单元编译得到main.obj时，编译器假设Bigger(int,int)在其它翻译单元中。
Bigger.cpp虽然有Bigger(T,T)的实现，但是由于在Bigger.cpp所属翻译单元中Bigger并没有被调用，因此Bigger.cpp就没有义务对模板函数Bigger(T,T)进行实例化，于是由它产生的Bigger.obj中也找不到的Bigger(int,int)。
本文前述例子中的链接错误信息正是表达的这个意思。
链接错误的进一步探讨
既然是因为Bigger.cpp没有义务对Bigger(T,T)进行实例化，那么在Bigger.cpp中增加一个调用Bigger(int,int)函数的普通函数是否就可以了呢？在Bigger.cpp文件中添几行代码，如下所示：

//Bigger.cpp  #include"Bigger.h"  template<typename T>  T Bigger(T a,T b)  {      return a>b?a:b;  }  void g()  //增加一个调用Bigger<int>(int,int)的普通函数g()  {      Bigger(1,2);  }  

编译、链接成功，允许结果正确，进一步验证了上述观点。
解决方法 - 包含模型
本文列出的例子很简单，规模小，所以按照模板的实例化规则，“人为”地介入到模板函数的实例化过程中并让程序成功运行。但是，在规模较大的程序里，想要人为介入加以控制几乎是不可能的，应该使用C++推荐的包含模型。
具体做法并不复杂：把模板的声明和定义放在一个.h文件中，凡是用到该模板的.cpp文件包含它所在的.h文件就可以了。上面的例子使用包含模型改写，最终是代码是这样的：

// Bigger.h  template<typename T>  T Bigger(T a,T b)  {      return a>b?a:b;  }  //main.cpp  #include"Bigger.h"  #include<iostream>  using namespace std;  int main()  {      cout<<Bigger(10,20)<<endl;      system("pause");      return 0;  }  

不过仍然有一个问题值得思考：当多个.cpp文件同时包含Bigger.h时，就有可能产生多份相同类型的实例化，这样是否会造成最终生成的.exe文件变得庞大？这个问题理论上是存在的，不过现在大多数编译器都对此作了一定的优化，一个模板的相同类型有多份实例化体时，编译器最终只保留一个，这样就避免了“代码膨胀”的问题。