Как экземпляры шаблона ссылок С++

Если я определяю функцию (возможно, функцию члена класса, но не встроенную) в файл заголовка, который включается двумя разными единицами перевода, я получаю ошибку связи, поскольку эта функция многократно определена. Не так с шаблонами, поскольку они не являются компилируемыми типами, пока компилятор не разрешит объявление объекта шаблонизированного типа. Это заставило меня понять, что я не знаю, где находится скомпилированный код шаблона и как он связан, поскольку С++ не просто создает несколько копий кода для определения SomeTemplateClass. Любая дополнительная информация будет очень полезна. Спасибо!

Ответ 1

Существуют 3 схемы реализации, используемые компиляторами С++:

жадный экземпляр, где компилятор генерирует экземпляр в каждом модуле компиляции, который его использует, тогда компоновщик выбрасывает всех, кроме одного из них (это не просто оптимизация размера кода, требуется, чтобы адреса функций, static и т.п.). Это наиболее распространенная модель.
запросил экземпляр, где у компилятора есть база данных уже выполненных им экземпляров. Когда требуется создание экземпляра, БД проверяется и обновляется. Единственный компилятор, который я знаю, который использует это, - это Sun, и он больше не используется по умолчанию.
повторяется экземпляр, где экземпляры выполняются компоновщиком (либо напрямую, либо путем назначения их компиляционной единице, которая затем будет перекомпилирована). Это модель, используемая CFront, т.е. Исторически она была первой, а также компиляторами, использующими front-end EDG (с некоторыми оптимизациями по сравнению с CFront).

(См. С++ Templates, The Complete Guide от David Vandevoorde и Nicolai Josuttis. Еще одна онлайн-ссылка http://www.bourguet.org/v2/cpplang/export.pdf, которая больше беспокоит модель компиляции, но все еще содержит описания механизмов создания экземпляров).

Ответ 2

Это конкретная реализация.

Некоторые компиляторы будут сгенерировать те же экземпляры шаблонов снова и снова для каждой единицы перевода, в которой они были созданы, и пусть компоновщик сбрасывает дубликаты.
Шаблоны получили плохую репутацию "раздувания кода", когда линкеры еще не достигли этой задачи. В настоящее время это, вероятно, незаслуженно. Некоторые реализации даже сбрасывают разные экземпляры при компиляции одного и того же целевого машинного кода. (Как f<A*>() и f<B*>(), поскольку типы указателей являются только адресами в сгенерированном машинный код.)

Другие будут откладывать компиляцию шаблонов до тех пор, пока не будет указано время ссылки, и могут быть другие способы справиться с этим. Как я уже сказал, это зависит от реализации.

Все они имеют разные преимущества и недостатки. Отсутствие истинной концепции модуля. Я сомневаюсь, что кто-нибудь придумает идеальную схему.

С export раньше требовалось, чтобы компиляторы предварительно компилировали код шаблона и создавали экземпляр по запросу. Однако, за исключением одного поставщика, никто не реализовал export для своего компилятора, и теперь он удален.

Ответ 3

Все функции шаблона неявно встроены. Так же, как методы, определенные в объявлении класса, неявно встроены.

Когда я говорю неявно, я имею в виду более современное использование этого слова. Посмотрите мое подробное описание здесь.

Короче говоря, inline, static и extern являются всеми директивами по связям с сестрами. inline сообщает компоновщику игнорировать повторяющиеся определения функции. Как правило, это означает, что компоновщик выбирает одно определение и использует его для всех единиц компиляции. Я не знаю каких-либо компиляторов, которые делают или оставляют весь дублирующий код шаблона в конечном исполняемом файле.

Где хранятся экземпляры шаблонов?
Они сохраняются таким же образом в том же месте, что и встроенные функции. Детали этого являются специфичными для компилятора.

Ответ 4

На самом деле он создает несколько копий. Эти копии являются особыми и не нарушают правило с одним определением. Некоторые линкеры придут, удаляют копии и возвращают функции, используя их; не все делают.