将 `extern template` 与第三方仅标头库一起使用

Question

我正在使用glm library，它是专为 3D 图形设计的数学实用程序的仅标题集合。通过在 Clang 和 ClangBuildAnalyzer 上使用 -ftime-trace，我注意到在实例化 glm 类型上花费了很多时间：

**** Templates that took longest to instantiate:
 16872 ms: glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp> (78 times, avg 216 ms)
 15675 ms: glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp> (78 times, avg 200 ms)
 15578 ms: glm::vec<4, float, glm::packed_highp> (78 times, avg 199 ms)

...

---

所以，我决定为glm 创建一个包装头/源代码对，并使用extern template 来避免不必要的实例化：

// glmwrapper.h

#pragma once

#include <glm.hpp>

extern template struct glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp>;
extern template struct glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp>;
extern template struct glm::vec<4, float, glm::packed_highp>;

// glmwrapper.cpp

template struct glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp>;
template struct glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp>;
template struct glm::vec<4, float, glm::packed_highp>;

现在，在我的项目中，我没有包含<glm.hpp>，而是包含"glmwrapper.h"。不幸的是，这并没有改变任何东西。使用-ftime-trace 和ClangBuildAnalyzer 再次报告相同数量的实例化。也没有可测量的编译时间差异。

我怀疑这是因为#include <glm.hpp> 实际上最终包含了模板定义，而在这一点上，随后的extern template 声明只是多余的。

有没有办法在不修改glm库的情况下实现我想要的？

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在伪代码中，我有点想要这样的东西：

// glmwrapper.h (psuedocode)

#pragma once

#include <glm.hpp>

// Make definition of the templates unavailable:
undefine template struct glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp>;
undefine template struct glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp>;
undefine template struct glm::vec<4, float, glm::packed_highp>;

// Make declaration of the templates available:
extern template struct glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp>;
extern template struct glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp>;
extern template struct glm::vec<4, float, glm::packed_highp>;

// glmwrapper.cpp (psuedocode)

// Define templates only in the `.cpp`, not in the header:
template struct glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp>;
template struct glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp>;
template struct glm::vec<4, float, glm::packed_highp>;

Answer 1

不幸的是，没有办法避免这些实例化。 class 模板的显式实例化声明不会阻止（隐式）该模板的实例化；它只是阻止实例化它的非内联、非模板成员函数（通常都不是！），因为其他一些翻译单元将提供实际的函数符号和目标代码。

并不是看到模板定义会导致实例化（哪个特化会被实例化？）。原因是要求类完整的代码仍然需要知道它的 layout 和成员函数声明（用于重载决议），而且通常没有办法知道那些缺少实例化类的代码：

template<class T> struct A : T::B {
  typename std::conditional<sizeof(T)<8,long,short>::type first;
  typename T::X second;
  A() noexcept(T::y)=default;  // perhaps deleted
  using T::B::foo;
  void foo(T);
  // and so on…
};

void f() {A<C> a; a.foo(a.first);}  // …maybe?

这种“透明度”也延伸到模板化实体的several other kinds：如果编译 需要定义模板，则为链接器 生成的符号是无关紧要的。

好消息是 C++20 的 modules 应该可以帮助处理这样的情况：模块接口中的显式实例化definition 将导致典型实现缓存使用其余模块接口数据实例化类定义，避免在导入翻译单元时解析和实例化。模块还删除了类中定义的类成员和朋友的隐式inline（无论如何这在很长一段时间内都没有多大意义），增加了显式实例化声明的函数的数量（或者，换句话说，方便）防止隐式实例化。