C++模板编程（4）---实际运用模板：置入式模型（InclusionModel）

有很多方法可以组织我们的模板template程序代码，本文介绍常见的一种方式：置入式模型。

1. 链接错误（Link Error）

大多数C，c++程序员大致按以下方式来组织他们的non-template程序代码：

Classes和其他类型被全体放置于头文件（header files）。通常头文件的后缀名称（扩展名）为.hpp(或.H, .h,.hh,.hxx 等等)。

全局变量和non-inline函数只在头文件中置入声明语句，定义式则置于.c文件中。这里的.c文件是个统称，通常其后缀名称（扩展名）为.cpp(或.c,.C,.cc,.cxx等等)。

这种方式运作良好，程序能够轻易找到各个类型的定义，并避免一个变量或函数被多次重复定义，于是连接器（linker）可以正常工作。

但是模板程序代码在这里跟非模板程序不一样，举例来说，我们把 template声明于某个头文件：

//myfirst.hpp

#ifndef MYFIRST_HPP

#define MYFIRST_HPP

//template 声明语句

template <typename T>

void print_typeof (T const&);

#endif

print_typeof()是一个简单的辅助函数，它打印参数的类型信息（type information）。函数的实际代码被置于一个.c文件中：

//myfirst.cpp

#include <iostream>

#include <typeinfo>

#include "myfirst.hpp"

//template定义式

template <typename T>

void print_typeof (T const& x)

{

        std::cout << typeid(x).name() << std::endl;

}

 这个例子中使用typeid运算符，把参数的类型以字符串形式打印出来。

此后，我们又在另外一个c文件中使用这个template，并将template声明语句（所在的文件）以

#include包含进来：

//main.cpp

#include "myfirst.hpp"

int main()

{

        double ice=3.0;

        print_typeof(ice);

}

大多数编译器可以正确编译上述代码，但会报告一个链接错误，表示无法找到print_typeof()函数的定义。

    错误的原因在于，function template print-typeof()的定义没有被实例化。为了实例化一个模板，编译器必须知道以哪一份定义式以及哪些模板参数对它实例化。不幸的是先前这个例子中，这两项信息被分置在两个分开编译的文件中。因此，当编译器看到对print_typeof()的调用时，看不到其定义，无法以double类型来实例化print_typeof()。于是编译器假设这个template的定义位于其他某处，因而只生成一个对该定义的reference，并将这个reference所指的定义式留给连接器去解决（resolve）。另一方面，当编译器处理myfirst.cpp时，它又察觉不到该以哪个自变量类型来实例化其定义式。

2. 把模板放在头文件中（Header Files）

    就像处理宏macro和内联函数inline一样，解决上面问题的常见办法是：把template定义式放到其声明语句所在的头文件中。面对前例，我们可以在myfirst.hpp最后一行加入：

#include “myfirst.cpp”

也可以在用到该template的每一个.c文件中#include “myfirst.cpp”.

第三种方法，也是最常用的方法，完全不用myfirst.cpp，声明和定义都写在文件myfirst.hpp中：

//myfirst.hpp

#ifndef MYFIRST_HPP

#define MYFIRST_HPP

#include <iostream>

#include <typeinfo>

// 声明语句

template <typename T>

void print_typeof (T const &)

//定义语句

template <typename T>

void print_typeof(T const& x)

{

        std::cout << typeid(x).name() << std::endl;

}

#endif

这种template组织法称为置入式模型inclusion model。现在上面程序可以正确编译、链接与运行。

需要引起注意的是：

包含myfirst.hpp的代价比较大。此物所谓代价，不仅指template定义式的体积增大，也包括含入myfirst.hpp中其他的文件，比如<iostream>和<typeinfo>。我们会发现，可能导致成千上万的代码被包含进来，因为诸如<iostream>也是以此种方式来定义template的。

尽管存在上面的问题，还是强烈推荐：只要有可能，尽量用置入式模型inclusion model来组织模板代码。

另外一个关于置入式模型的考虑是，与内联函数（inline function）和宏（marco）明显不同的是，非内联函数模板function template并不在调用端被展开。每当它们被实例化一次，编译器便从头创建一份函数拷贝。这个过程是完全自动化的，编译器可能最终在不同的文件中创建同一个模板实例化的两份拷贝，这时连接器会报错。但理论上，不需要程序员操心，这应该是编译系统的事。

最后要指出的是，

   本文中对于function template所谈的内容，也适用于类模板class template的成员函数和static 成员变量。当然也同样适用于成员函数模板member function templates。