模板显式实例化如何工作以及何时工作？

Question

这是 C++ 入门第 5 版中的一个练习：

“练习16.26：假设NoDefault是一个没有默认构造函数的类，我们可以显式实例化vector<NoDefault>吗？如果不能，为什么不呢？”

这是我的猜测：

是的，我们可以实例化它：

template <typename T>
class Foo
{
public:
    void func(){cout << x_.value_ << endl;}
private:
    T x_;
};

class Bar
{
public:
    Bar(int x) : value_(x){}
    void print(){}
private:
    int value_{};
template <class T>
friend class Foo;
};

extern template class Foo<Bar>; // instantiation declaration
template class  Foo<Bar>; // instantiation definition


int main()
{

  //  Foo<Bar> f;
}

代码工作正常，但如果我取消注释 main 中的行，我会得到预期的错误，因为Bar 不是默认可构造的。

如果我使用相同的类 Bar 作为 std::vector 的元素类型，它将不起作用：

extern template class vector<Bar>; // declaration ok
template class vector<Bar>; // instantiation: doesn't work?!

• 那么为什么我的 Foo<Bar> 实例化有效但 vector<Bar> 无效？

• 在我看来，vector<Bar> 不工作是合乎逻辑的，因为显式实例化定义实例化了类模板的所有成员（甚至是未使用的成员）；在这个例子中，Foo<Bar> 的默认构造函数暗示了其元素类型Bar 的默认ctor；后者不提供；毕竟Foo<Bar>() 通常被声明为已删除的成员函数，因为x_ 没有默认构造函数。所以我不知道为什么Foo<Bar> 定义有效？！谢谢。

Answer 1

在标准中，[temp.explicit] 部分解释了显式实例化中发生的情况。特别是，p12 规定：

命名类模板特化的显式实例化定义显式实例化类模板特化，并且是仅在实例化点已定义的那些成员的显式实例化定义。

现在，std::vector<T> 有一个构造函数，它接受一个整数 n 并使用 n 初始化值 T 的值初始化向量。可以假设此构造函数的定义位于 <vector> 标头内的某个位置（请参阅 Why can templates only be implemented in the header file?）。因此std::vector<Bar> 的显式实例化定义将使用T = Bar 实例化该构造函数。

因为这是一个显式 实例化，所以实例化的不仅是构造函数的签名，而且它的整个主体也是如此。这必须在某处包括对Bar 的默认构造函数的调用（可能作为它调用的另一个函数的一部分，此时也将实例化），因此编译错误作为显式实例化定义的一部分发生std::vector<Bar>。请注意，如果您隐式实例化std::vector<Bar>，它只会实例化（粗略地说）成员函数的签名。这就是为什么实际定义和使用std::vector<Bar> 对象是合法的，只要您不调用任何需要Bar 的默认构造函数存在的函数。

Foo<Bar> 的显式实例化定义 成功 的原因是，当 Foo<Bar> 被实例化时，编译器会将其默认构造函数标记为已删除（只要存在非默认构造的非静态成员）。因此，它在任何时候都不会尝试编译任何需要Bar 默认构造函数的代码，并且不会发生错误。