C++成员函数模板的隐式实例化

Question

我想更好地了解编译器何时隐式实例化成员函数模板。

考虑以下示例:

// example.h

struct Parent {
  virtual void foo(double) {}
};

struct Child : Parent {
  void foo(double d) { bar(d); }

  template<typename T> void bar(T);

  virtual void baz();
}; 


// example.cpp
#include "example.h"
template <typename T> 
void Child::bar(T) {}

void Child::baz() {}

用 [g++|clang++] -c example.cpp 编译它, GCC 和 clang 都隐式实例化函数模板 Child::bar<double> .然而，以下看似微小的变化阻止了这一点:

• 制作foo不是虚拟的
• 制作Child不继承 Parent
• 删除 baz
• 制作baz不是虚拟的
• 定义 baz在 header 中声明

对于隐式实例化何时发生，是否有任何合理简洁的解释，或者我是否需要费力地阅读标准的拷贝？我在 SO 中搜索了与隐式实例化相关的其他问题，但没有找到太多。我找到的最接近的是 this question ，但它是关于类模板(不是成员函数模板)中的虚函数。

明确一点:我知道可以通过在 header 中包含定义或显式实例化我需要的模板来避免这个问题。在深入研究为什么一个类(我无意中忽略了其显式实例化)仍然可以愉快地编译和链接时，这只是出于好奇。

Answer 1

我已将您的代码放入 Visual Studio 2013(child.h 和 child.cpp)并尝试了以下操作:

#include "child.h"
Child c1;
c1.bar(10.2);

这会产生一个 Unresolved external 错误，表明没有发生“隐式实例化”。表明在这种情况下 Visual Studio 和 G++ 之间存在明显的区别。 这是通过将 Child::foo 的代码移动到 child.cpp 文件中解决的。

因此简短的回答是: 您遇到的情况在很大程度上是特定于编译器的，为了可移植性，您不应该依赖这种行为。 根据 C++ 标准，最安全的方法是将模板定义放在 .h(或 .hpp)文件中，或者根据需要显式实例化模板。任何其他管理此问题的方法都可能会破坏某些编译器。

要进一步了解 Visual Studio 的行为，请查看以下内容:

• https://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa299373%28v=vs.60%29.aspx
• https://isocpp.org/wiki/faq/inline-functions#inline-member-fns

也就是说，在类的定义中定义的任何函数都是隐式内联的。编译器可以选择延迟内联函数的实例化。这意味着在编译 child.obj 时 Child::foo(d) 永远不会被创建，这反过来意味着 bar 永远不会被实例化，所以这会导致链接阶段的编译问题。 考虑到 foo(double) 在技术上是一个虚函数，为什么 visual Studio 实际上可以做到这一点确实很奇怪，但似乎 Visual Studio 将 foo() 的实例化留给以后使用 Child 时使用。 例如:

Parent *p1 = new Child();

也会导致一个问题，因为此时编译器试图创建 Child::foo(double) 但由于缺少模板定义而无法创建。

根据您的结果，假设 GCC 将立即实例化内联函数(如果它们是虚拟的)。

您遇到的行为是多种因素的结合:

1. 编译器如何处理隐式内联函数
2. 如何为虚函数创建虚表
3. 以及当编译器需要实例化虚成员函数时。

查看这些问题以获取更多信息:

• When is a vtable created in C++?
• Is "inline" implicit in C++ member functions defined in class definition

所以:

• 似乎允许编译器延迟内联函数的实例化直到使用，然后决定是否要“内联”它们或创建一个单独的函数。
• 在使用类之前，编译器不需要完成对象所需的所有实例
• 事实上，即使在创建对象时，编译器也可能没有为类准备好在代码中定义的所有内容。

我决定不详细回答你的具体问题，因为我的研究似乎表明你的代码工作是偶然的，这种行为不应该被依赖。