模板是如何实例化的？答案

【问题标题】：How is a template instantiated?模板是如何实例化的？
【发布时间】：2014-02-06 09:24:52
【问题描述】：

这是C++ Primer 5th Edition中的一个练习：

练习 16.27：对于每个带标签的陈述，解释什么，如果有的话，实例化发生。如果模板被实例化，请解释原因；如果不，解释为什么不。第677页

template <typename T> class Stack { };

void f1(Stack<char>);                   // (a)

class Exercise {
    Stack<double> &rsd;                 // (b)
    Stack<int>    si;                   // (c)
};

int main() {
    Stack<char> *sc;                    // (d)
    f1(*sc);                            // (e)
    int iObj = sizeof(Stack< string >); // (f)
}

以下是我尝试过的：

(a) Stack<char> 被实例化，但没有任何成员被实例化。

(b) Stack<double> 被实例化，但没有任何成员被实例化。

(d) (e) 完全不知道...

(f) Stack< string > 被实例化，但没有任何成员被实例化。

我说的对吗？谁能告诉我这段代码是如何实例化的？

【问题讨论】：

如果有疑问，您可以添加相关的静态断言（或类似的东西来强制编译时错误），例如断言T 是void。然后，成员函数中的失败断言会告诉您该成员函数已实例化。当你知道会发生什么时，解释它发生的原因就变得容易多了。成员函数外部的失败断言同样会告诉您该类本身已实例化。
@hvd 谢谢。因为我以前从未使用过断言。我试图理解这种方法。在这种情况下，由于所有的复制和控制成员都是合成版本，我应该像默认构造函数那样编写自定义版本并将断言放入其中吗？如果它没有编译，这意味着这个默认构造函数被实例化了。我说的对吗？
是的，我就是这个意思。您首先检查（使用 David Kernin 的回答）在哪些情况下类本身会被实例化。然后，您可以将类（从答案复制断言样式）更改为，例如，template <typename T> class Stack { public: Stack() { typedef typename T::ThisDoesntExist StaticAssert; } }; 以检测默认构造函数的使用位置。

标签： c++ templates instantiation

【解决方案1】：

在您的具体情况下，声明并不意味着实例化

#include <iostream>
using namespace std;


template <typename T> class Stack {
  typedef typename T::ThisDoesntExist StaticAssert; // T::ThisDoesntExist doesn't exist at all!
};


void f1(Stack<char>); // No instantiation, compiles

class Exercise {
  Stack<double> &rsd; // No instantiation, compiles (references don't need instantiation, are similar to pointers in this)
  
  Stack<int>    si; // Instantiation! Doesn't compile!!
};


int main(){
  
  Stack<char> *sc; // No Instantiation, this compiles successfully since a pointer doesn't need instantiation
  
  f1(*sc); // Instantiation of Stack<char>! Doesn't compile!!

  int iObj = sizeof(Stack< std::string >); // Instantiation of Stack<std::string>, doesn't compile!!
 
}

注意指针/引用的东西：它们不需要实例化，因为实际上没有分配数据（指针只是包含地址的几个字节，不需要存储所有数据......看看pimpl idiom)。

只有在分配了东西时，模板才必须被完全解析（这发生在编译时，这就是为什么它们通常需要声明和定义..还没有链接阶段）

【讨论】：

我以前从未使用过断言。在尝试从您的代码中编译语句Stack<int> si;时，有人抱怨'int' is not a class, struct, or union type。如何理解它？
如果您删除所有“不编译”行并将其注释掉，它应该可以编译：ideone.com/Amopp5。
另外：该特定行需要知道练习对象的有多大。如果您不实例化 si 对象，您无法提前知道这一点，而对于指针，它并不重要（在 x64 系统上，指针是 8 字节宽）。
所以……无论指针指向什么对象，指针的大小都是固定的，总是8字节。编译器将始终使用 8 字节空间来存储指针，即使在实例化之前也是如此。但是对于一个对象，编译器在实例化之前不会知道它的大小。你是这个意思吗？
在 x64 系统上，8 个字节。在 32 位 x86 系统上 4 个字节，依此类推，具体取决于架构。指针的类型很重要，但不知道应该提前分配多少空间。

【解决方案2】：

关于 e 和 d 我将引用标准 14.7.1

除非函数模板特化已明确实例化或显式特化的函数模板当专业化是隐式实例化时在需要函数定义存在的上下文中引用。除非调用是对函数模板显式特化或显式特化类模板的成员函数，a 函数模板或成员函数的默认参数调用函数时隐式实例化类模板在需要默认参数值的上下文中。

也来自标准的示例

template<class T> struct Z {
    void f();
    void g();
};

void h() {
    Z<int> a;     // instantiation of class Z<int> required
    Z<char>* p;   // instantiation of class Z<char> not required
    Z<double>* q; // instantiation of class Z<double> not required
    a.f();        // instantiation of Z<int>::f() required
    p->g();       // instantiation of class Z<char> required, and instantiation of Z<char>::g() required
}

这意味着在 d 中没有实例化发生。如果该函数实际上需要调用该类型的函数（可以是复制构造函数或函数内部调用的任何其他函数），它将在 e 中实例化。

【讨论】：