非类型模板参数与模板分离编译（模板显式实例化）

前言

​ 本篇博客文章介绍了C++中的非类型模板参数和模板分离编译的概念。非类型模板参数是模板中的常量参数，可以在模板中当作常量使用，但不允许使用浮点数、类对象和字符串作为非类型模板参数。模板分离编译是将程序分为多个源文件进行单独编译生成目标文件，然后将目标文件链接为单一的可执行文件。文章还介绍了解决模板分离编译问题的方法，包括模板显式实例化和重新定义普通函数。最后，文章总结了模板的优点和缺点。

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一、非类型模板参数

模板参数分类类型形参与非类型形参。

• 类型形参即：出现在模板参数列表中，跟在 class 或者 typename 之类的参数类型名称。

template<typename T>

• 非类型形参，就是用一个常量作为类(函数)模板的一个参数，在类(函数)模板中可将该参数当成常量来使用。

template<size_t VAL = 100>

示例代码：

// 定义一个模板类型的静态数组
template<typename T, size_t N = 10>
class Array
{
public:T& operator[](size_t index) { return _array[index]; }const T& operator[](size_t index)const { return _array[index]; }size_t size()const { return _size; }bool empty()const { return 0 == _size; }
private:T _array[N];size_t _size = N;
};
void test1()
{Array<int> a;cout << a.size() << endl;		// 10cout << sizeof(a) << endl;		// 44	(x86下size_t占4字节)
}

注意：

1. 浮点数、类对象以及字符串是不允许作为非类型模板参数的
2. 非类型的模板参数必须在编译期就能确认结果

二、模版分离编译

1. 分离编译概念

​ 一个程序（项目）由若干个源文件共同实现，而每个源文件单独编译生成目标文件，最后将所有目标文件链接起来形成单一的可执行文件的过程称为分离编译模式。

2. 模版的分离编译

问题案例

情景案例：假设现在主函数需要用到 add() 模板函数，但是 add() 函数保留了C风格的定义规范：“.h文件声明，.c文件定义”

代码如下：

// .h
template<typename T>
T add(T a, T b);// .c
#include "addFunc.h"template<typename T>
T add(T a, T b)
{return a + b;
}// main.c 调用外部文件的 add() 函数
#include "addFunc.h"
void test2()
{int a = 10;int b = 20;cout << add(a, b) << endl;
}

对代码进行编译：

可以看到编译是通过的，说明不存在语法错误。

接着运行代码：

出现链接报错，说明文件的最后合并工作未能成功。

利用g++编译器处理cpp代码的指令选项与后缀对应关系：

1. 预处理（生成 .i 文件）

g++ -E source.cpp -o source.i

2. 编译（生成 .s 文件）

g++ -S source.i -o source.s

3. 汇编（生成 .o/.obj 文件）

g++ -c source.s -o source.o

4. 链接（生成 可执行 文件）

g++ source.o -o executable

解决方法

1. 模板定义的位置显式实例化。这种方法不实用，不推荐使用。

注意：.c文件中对模板函数的定义不需要变化，也不需要新建实例化函数的定义

// .h
template<typename T>
T add(T a, T b);// 方法1：模版显式实例化
template int add<int>(int, int);// .c
#include "addFunc.h"template<typename T>
T add(T a, T b)
{return a + b;
}

2. 重新定义普通函数

注意：可以与模版函数同时存在，函数调用遵从优先匹配原则，但是.c文件要增加该新普通函数的定义

// .h
template<typename T>
T add(T a, T b);
// 方法2：重新定义普通函数
int add(int a, int b);// .c
#include "addFunc.h"template<typename T>
T add(T a, T b)
{return a + b;
}int add(int a, int b)	// 新增普通函数定义
{return a + b;
}

3. 将声明和定义放到一个文件 “xxx.hpp” 里面或者xxx.h其实也是可以的。推荐使用这种。

注意：为了便于区分头文件内函数是否定义与声明分离，一般可以将.h文件改为.hpp文件标识

// .h
// 方法3：直接定义声明都放在.h文件（不搞声明和定义分离）
template<typename T>
T add(T a, T b)
{return a + b;
}
// .c 文件为空

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总结

【优点】

• 模板复用了代码，节省资源，更快的迭代开发，C++的标准模板库(STL)因此而产生
• 增强了代码的灵活性

【缺点】

• 模板会导致代码膨胀问题，也会导致编译时间变长
• 出现模板编译错误时，错误信息非常凌乱，不易定位错误