[C++ Template]深入模板--实例化

最新推荐文章于 2025-05-19 21:15:39 发布

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本文深入探讨了C++模板的实例化，包括On-Demand实例化、延迟实例化和C++的实例化模型。详细解释了两阶段查找、POI（Point of Instantiation）的概念，并通过例子展示了模板实例化的过程。同时提到了显式实例化的用法。

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第10章实例化

模板实例化是一个过程，它根据泛型的模板定义，生成（具体的）类型或者函数。在C++中，模板实例化是一个很基础的概念，但却多少有一些错缩复杂。复杂性的一个主要原因在于：对于产生自模板的实体（指具体类型或函数），它们的定义已经不再局限于源代码中的单一位置。事实上，模板本身的位置、使用模板的位置、定义模板实参的位置都会对这个（产生自模板的）实体的含义产生一定的影响。

10.1 On-Demand实例化

当C++编译器遇到模板特化的使用时，它会利用所给的实参替换对应的模板参数，从而产生该模板的特化。这个过程是编译器自动进行的，并不需要客户端代码来引导（或者不需要模板定义来引导）。而且， on-demand实例化的这个特性也使得C++模板和其他编译型语言的相似功能大有区别。另外， on-demand实例化有时也被称为隐式实例化或者自动实例化。

on-demand实例化表明：在使用模板（特化）的地方，编译器通常需要访问模板和某些模板成员的整个定义（也就是说，只有声明是不够的）。考虑下面这个包含短小源代码的文件：

template<typename T> 
class C;//(1)这里只有声明

C<int>* p = 0; //(2)正确:并不需要C<int>的定义

template<typename T>
class C 
{
    public:
    void f(); //（3） 成员声明
}; //（4） 类模板定义结束

void g (C<int>& c) //（5） 只使用类模板声明
{
    c.f(); //（6） 使用了类模板的定义
} // 需要C::f()的定义

在源代码的（1）处，只有模板声明是可见的，也就是说：模板定义此时还不是可见的（这类声明有时也被称为前置声明）。与普通类的情况一样，如果你声明的是一个指向某种类型的指针或者引用（如（2）处的声明），那么在声明的作用域中，你并不需要看到该类模板的定义。例如，声明函数g的参数类型并不需要模板C的完整定义。然而，如果（某个组件）期望知道模板特化的大小，或者访问该特化的成员，那么整个类模板的定义就需要位于作用域中；这也是源代码的（6）处需要模板定义的原因。因为如果看不见这个模板定义的话，编译器就不能确定成员f存在且是可访问的（就是说，不是私有的，也不
是受保护的）。

下面是另一个需要进行（前面的）类模板实例化的表达式，因为编译器需要知道C<void>的大小：

C<void>* p = new C<void>;

在这个例子中，实例化是必不可少的，因为只有进行实例化之后，编译器才能知道C<void>的大小。对于上面这个特殊的模板，你可能会认为：用任何类型的实参 X 替换参数T之后，都不会影响模板（特化）的大小；因为在任何情况下， C<X>都是一个空类。然而，编译器并不会检测它是否为空。而且，为了确定 C<void>是否具有可访问的缺省构造函数，并且确认C<void>没有声明私有的operator new 或者operator delete，我们需要进行实例化。