除非明确专门化，否则不会实例化模板类的静态成员？答案

【问题标题】：Static member of template class not instantiated unless explicitly specialized?除非明确专门化，否则不会实例化模板类的静态成员？
【发布时间】：2013-10-13 16:47:07
【问题描述】：

我有一个模板单例类，带有一个静态实例和一个静态 getInstance() 方法。但是，我在 g++ (MinGW) 的实例上收到未定义的引用错误；起初，我以为是链接器顺序错误，但无论我把它们放在哪个顺序，我都会得到同样的结果。

但是，我发现如果我明确专门化该实例，它确实可以编译（这不是一个可接受的解决方案）。所以，这里是代码：

单例.hpp：

#ifndef SINGLETON_HPP
#define SINGLETON_HPP

#include <iostream>

template<int X=100>
class Singleton {
protected:
    static Singleton<X> *instance;
public:

    static Singleton<X>& getInstance() {
        if(!Singleton<X>::instance) {
            Singleton<X>::instance = new Singleton<X>();
        }
        return *Singleton<X>::instance;
    }

    void foo() {
        std::cout << "Test<" << X << ")::foo()" << std::endl;
    }
};

#endif

单例.cpp：

#include "Singleton.hpp"

template<int X>
Singleton<X>* Singleton<X>::instance = NULL;

#ifdef SPECIALIZE
template<>
Singleton<100>* Singleton<100>::instance = NULL;
#endif

Main.cpp：

#include "Singleton.hpp"

int main(int ac, char *av[]) {
    Singleton<100> &sing = Singleton<100>::getInstance();
    sing.foo();
}

那么这里是三种不同的编译方式，以及输出：

无特化，先链接SingletonMain.o：

C:\Test>g++ -c Singleton.cpp

C:\Test>g++ -c SingletonMain.cpp

C:\Test>g++ -o Singleton.exe SingletonMain.o Singleton.o
SingletonMain.o:SingletonMain.cpp:(.text$_ZN9SingletonILi100EE11getInstanceEv[Singleton<100>::getInstance()]+0x7): undefined reference to `Singleton<100>::instance'
SingletonMain.o:SingletonMain.cpp:(.text$_ZN9SingletonILi100EE11getInstanceEv[Singleton<100>::getInstance()]+0x1c): undefined reference to `Singleton<100>::instance'
SingletonMain.o:SingletonMain.cpp:(.text$_ZN9SingletonILi100EE11getInstanceEv[Singleton<100>::getInstance()]+0x21): undefined reference to `Singleton<100>::instance'
collect2: ld returned 1 exit status

无特化，先链接Singleton.o：

C:\Test>g++ -c Singleton.cpp

C:\Test>g++ -c SingletonMain.cpp

C:\Test>g++ -o Singleton.exe Singleton.o SingletonMain.o
SingletonMain.o:SingletonMain.cpp:(.text$_ZN9SingletonILi100EE11getInstanceEv[Singleton<100>::getInstance()]+0x7): undefined reference to `Singleton<100>::instance'
SingletonMain.o:SingletonMain.cpp:(.text$_ZN9SingletonILi100EE11getInstanceEv[Singleton<100>::getInstance()]+0x1c): undefined reference to `Singleton<100>::instance'
SingletonMain.o:SingletonMain.cpp:(.text$_ZN9SingletonILi100EE11getInstanceEv[Singleton<100>::getInstance()]+0x21): undefined reference to `Singleton<100>::instance'
collect2: ld returned 1 exit status

专业化：

C:\Test>g++ -DSPECIALIZE -c Singleton.cpp

C:\Test>g++ -DSPECIALIZE -c SingletonMain.cpp

C:\Test>g++ -DSPECIALIZE -o Singleton.exe Singleton.o SingletonMain.o

现在，这里似乎确实有人遇到了类似的问题——C++ template static member instantiation——但“解决方案”是对你可能使用的每种类型都有一个明确的专业化......这似乎完全违背了目的模板......所以必须有更好的方法，对吧？

【问题讨论】：

标签： c++ templates singleton linker-errors static-members

【解决方案1】：

您必须将静态成员定义移动到标题中。就像所有其他模板一样，类模板的静态成员的定义必须存在于使用它的每个翻译单元中。这基本上意味着它属于标题。

引用 C++11，[temp]§6:

函数模板、类模板的成员函数或类模板的静态数据成员应在隐式实例化的每个翻译单元中定义 (14.7.1)，除非相应的特化在某些翻译单元中被显式实例化（14.7.2）；不需要诊断。

（强调我的）

【讨论】：