仅仅说一下C++的显式实例化

怼烎@ 2023-01-09 03:53 100阅读 0赞

关于显式实例化的资料，网上很多，看了看大多都是你抄我，我抄你，或者照搬cpp primer plus的说法，看得还是稀里糊涂。  
理解这个需要先了解一下C++程序的编译。  
先说一下编译。我们的程序代码不能直接被计算机的CPU识别并运行，因此，必须把类似英文自然语言的程序代码经过编译器的处理，变成计算机能识别的机器代码。

而计算机的机器代码是很朴素的，没有那么多的华丽胡哨的东西，只有一些简单的比如寻找地址、取出数据，数据加减乘除运算等基本内容，什么类啊、函数啊这些东西最终都会转化为这些朴素的代码。

原则上，我们的程序代码都会被转化为机器代码，但是也不一定都是这样子。比如简单的 \#include,机器语言没有这么高级的东西与之对应，这样的代码是由编译器处理的，编译器先把这个指令包含的文件内容添加到你的程序代码里面，然后再把整合后的代码编译成机器代码。绝对不会出现在运行阶段动态include自己代码需要的内容。

还有一个就是模板。你辛辛苦苦写的、看起来很复杂、很高大上的模板的代码也不会编译成机器码，如果你指望模板代码被编译成机器码，然后在运行的时候自动套用数据类型，那显然是想多了，计算机没有这么先进智能。

这么说来，如果你的模板函数或者模板类没有在自己的代码中用到，那么编译后的二进制机器码里面，也不会有它的存在。

模板就是一个说明书，这个说明书是给编译器看的，指导编译器在用到的时候生成具体的函数或者类，这个过程统称实例化（instantiation，我觉得翻译成实体化更便于理解，实例化这个词总感觉怪怪的）。

比如我们容易理解的隐式实例化，编译器发现Swap()函数只有对应的模板的时候，会自动根据参数类型、以及函数模板这个说明书的定义规则，生成一个具体的、针对特定数据类型的函数。这个时候，就有了具体的函数（和普通函数一模一样），而且这个函数是可以被编译为二进制代码的。

现在假设这个函数模板在一个头文件里面，而且这个头文件被很多cpp文件include，那么每一个cpp文件在编译的时候，都会被编译器实例化一份Swap函数的二进制代码，这样子，这些cpp文件被链接的时候，最终形成的可执行文件会增大很多，因为存在很多份相同的函数二进制代码。

解决的办法就是我们通过显式实例化，在其中一个文件里面实例化一份代码，然后其他cpp文件用到的时候，通过链接程序找到这个代码并调用它。这时候，模板和显式实例化显然必须是分开的，否则，如果显式实例化代码在模板的头文件里面，被include到无数个cpp文件里面,相当于又被每一个cpp文件实例化一次。

对于函数模板较为简单，我们假设有t.h文件包含了一个函数模板

template <typename T>
    void printme(T t)
    { 
        cout<<t<<endl;
    }

test.cpp和其他cpp文件调用了函数模板(也就是inlude “t.h”)，如果只在cpp文件里面显式实例化template void printme(int);或者隐式实例化，那么这个显式实例化语句没有任何意义。

现在我们添加了一个t.cpp文件，在这个文件里面显式实例化了printme，那么这时候的代码在编译链接阶段就不会存在代码冗余了。

如下面：

//t.cpp
    #include "t.h"
    template void printme<int>(int);