C++ —— 类模板的分离式编译

目录	对于C++中类模板的分离式编译的认识 具体的实例

1、对于C++中类模板的分离式编译的认识

为什么C++编译器不能支持对模板的分离式编译（博文链接）

主要内容：编译器编译的一般工作原理、对模版的分离式编译的特殊性（模版的特殊性）

链接：　　http://blog.csdn.net/pongba/article/details/19130

模版编译的特殊性

　　对程序进行编译时，对于函数调用，编译器只要求函数的原型在调用点是可见的，至于函数的定义是否存在不做检查（在对程序进行链接时才检查函数的定义）。类似的，对于对象声明，编译器只要求所属的类定义在声明点是可见的，至于各成员函数的定义是否存在则不进行检查。因此，为了提高程序的可读性和可维护性，我们通常将函数原型和类定义放在头文件（.h文件）中，而函数定义（包括类成员函数的定义）则放在源文件（.cpp文件，又称实现文件）中。

　　但是，模版编译则有所不同。从本质上说，模版并不是代码，而是指导编译器生成代码的指令，模版实例才是真正的程序代码。编译器看到模版定义的时候，不会立刻产生代码，只有在看到模版的使用（如调用函数模版、使用类模版定义对象或通过对象调用类模板的成员函数）时，才会进行实例化，使用特定的模版实例代码。而为了成功地进行实例化，编译器必须能够使用相应的函数定义，因此，模版编译要求模版的定义和实现采用特别的文件组织方式。

　　C++语言中定义了两种编译模式：包含编译模式（inclusion compilation model）和 分离编译模式（separate compilation model）。

　　......

　　　　——摘自《C++语言程序设计》（蒋爱军、刘红梅、王勇、梁小萍编著）P349 13.3.3 模版编译与类模板的实现

　　......

　　提示：分离编译模式实现起来比较困难，因此，所有的C++编译器都支持包含编译模式，而只有某些C++编译器支持分离编模式。程序员在编译使用自定义的模版的程序时，需要查阅编译器的用户指南，以确定自己所用的编译器支持那种编译模式。

　　　　——摘自《C++语言程序设计》（蒋爱军、刘红梅、王勇、梁小萍编著）P352 13.3.3 分离编译模式

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2、具体的实例

　　在此演示一般的编译实例，和对于 函数或类模版的编译实例。

（1）一般的编译

　　 以自定义类date为例，首先创建一个Console Application project工程文件（选用C++实现），向其中添加  date.h 和 date.cpp 两个文件，其中，date.h 存放 类的声明，而 date.cpp 对 date.h 中声明的类中的函数做具体的函数定义（函数实现）。

　　①date.h仅需要存放对类的声明就好。

//**********************************************************************************
//Date.h
//对类Date及其派生类Ndate 进行声明
//**********************************************************************************
class Date
{
public:
    Date(int initYear=2014, int initMonth=1, int initDay=1);
    void set(int nYear,int nMonth, int nDay);
    int getYear()const;
    int getMonth()const;
    int getDay()const;
    void print()const;
    void increment();
    void decrement();

private:
    int month;
    int year;
    int day;
};

class Ndate: public Date
{
public:
    Ndate(int initYear=2014, int initMonth=10, int initDay=16);
    void n_increment(int n);
    void n_decrement(int n);
};

　　②date.cpp 需要 include"date.h" 然后再对 date.h 中声明的类中的函数做具体的函数定义。（注意：实现文件包含头文件）

//**********************************************************************************
//Date.cpp
//对Date.h 中声明的函数进行定义
//**********************************************************************************
#include "date.h"
#include <iostream>
#include <iomanip>

using namespace std;

int daysInMonth(int mo,int yr);

Date::Date(int initYear, int initMonth, int initDay)
{
    year=initYear;
    month=initMonth;
    day=initDay;
}
void Date::set( int nYear,int nMonth, int nDay)
{
    year=nYear;
    month=nMonth;
    day=nDay;
}

int Date::getYear()const
{
    return year;
}
int Date::getMonth()const
{
    return month;
}
int Date::getDay()const
{
    return day;
}
void Date::print()const
{
    switch(month)
    {
    case 1:
        cout<<setw(9)<< "January"<<setw(3);
        break;
    case 2:
        cout<<setw(9)<< "Fabruary"<<setw(3);
        break;
    case 3:
        cout<<setw(9)<< "March"<<setw(3);
        break;
    case 4:
        cout<<setw(9)<< "April"<<setw(3);
        break;
    case 5:
        cout<<setw(9)<< "May"<<setw(3);
        break;
    case 6:
        cout<<setw(9)<< "June"<<setw(3);
        break;
    case 7:
        cout<<setw(9)<< "July"<<setw(3);
        break;
    case 8:
        cout<<setw(9)<< "August"<<setw(3);
        break;
    case 9:
        cout<<setw(9)<< "September"<<setw(3);
        break;
    case 10:
        cout<<setw(9)<< "October"<<setw(3);
        break;
    case 11:
        cout<<setw(9)<< "November"<<setw(3);
        break;
    case 12:
        cout<<setw(9)<< "December"<<setw(3);
        break;
    }
    cout<< day << setw(5)<<year<< endl;
}

void Date::increment()
{
    day++;
    if(day > daysInMonth(month,year))
    {
        day=1;
        month++;
        if( month>12)
        {
            month=1;
            year++;
        }
    }
}
void Date::decrement()
{
    day--;
    if(day==0)
    {
        if(month==1)
        {
            day=31;
            month=12;
            year--;
        }
        else
        {
            month--;
            day= daysInMonth(month, year);
        }
    }
}
int daysInMonth(int mo,int yr)
{
    switch (mo)
    {
    case 1:
    case 3:
    case 5:
    case 7:
    case 8:
    case 10:
    case 12:
        return 31;
    case 4:
    case 6:
    case 9:
    case 11:
        return 30;
    case 2:
        if((yr % 4== 0&&yr %100 !=0)||yr % 400 == 0)
            return 29;
        else
            return 28;
    }
}
Ndate::Ndate(int initYear, int initMonth, int initDay)
{
    set(initYear,initMonth,initDay);
}
void Ndate::n_increment(int n)
{
    for(int i=1; i<=n; i++)
        increment();
}
void Ndate::n_decrement(int n)
{
    for(int i=1; i<=n; i++)
        decrement();
}

　　③以创建project后自动生成的main.cpp 中的 main() 作为程序执行入口，使用date的派生类Ndate 的实例化对象。需要 include"date.h"。

//**********************************************************************************
//main.cpp
//实例化 date 并使用
//**********************************************************************************

#include <iostream>
#include "date.h"

using namespace std;

int main()
{
    Ndate date1(2008,8,8);           //1970,1,1 --> 14099 days -->2008,8,8

    for(int i=1; i<=16360-14099; i++)//1970,1,1 --> 16360 days -->2014,10,17
    {
        date1.increment();
    }
    date1.print();

    return 0;
}

（2）对于 函数或类 模板的编译

　　以定义函数模版M_swap为例（交换两个实参的值），首先创建一个Console Application project工程文件（选用C++实现），向其中添加 M_swap.h 和 M_swap.cpp 两个文件，其中，M_swap.h 存放 函数模版或类模版成员函数 的声明，而 M_swap.cpp 对 M_swap.h 中声明的 函数模版或类模版成员函数 做具体的定义（实现）。

　　①在M_swap.h存放对 函数模版或类模板成员函数 的声明及定义，或给出声明后用预处理指令#include包含实现文件。（注意：头文件中给出声明和定义 或  头文件包含实现文件）

//**********************************************************************************
//M_swap.h
//存放对 函数模版或类模版成员函数 的声明及定义
//**********************************************************************************
#ifndef M_SWAP_H_INCLUDED
#define M_SWAP_H_INCLUDED   //M_SWAP_H_INCLUDED为头文件相应的头文件哨兵
                            //当一个程序中因多次使用到模版时 而多次包含头文件M_swap.h时
                            //有可能出现“重复定义”的错误  因此使用#ifndef 语句
template<class T>
void M_swap(T &a,T &b);
                       //为了成功地对模版进行实例化，编译器必须能够使用相应的函数定义
                       //故 需要在头文件中直接给出函数的具体定义  但这样一般会导致头文件
                       //较长，而且模版的定义和实现混合在一起，不利于维护

                       //可用另一种办法，那便是
#include "M_swap.cpp"
                       //在头文件中用预处理指令#include包含实现文件

#endif // M_SWAP_H_INCLUDED

　　②M_swap.cpp 直接给出 声明的 函数模版或类模版成员函数 做具体的函数定义。

//**********************************************************************************
//M_swap.cpp
//给出 声明的 函数模版或类模版的成员函数 做具体的函数定义
//**********************************************************************************
#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
void M_swap(T &a,T &b)
{
    T temp;

    temp=a;
    a=b;
    b=temp;
    cout<<"swap completed!>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>"<<endl;
}

　　③以创建project后自动生成的main.cpp 中的 main() 作为程序执行入口。实例化M_swap，需要 include"M_swap.h"。

//**********************************************************************************
//main.cpp
//实例化 模版函数 M_swap 并交换两个实参的值
//**********************************************************************************
#include <iostream>
#include <string>
#include "M_swap.h"
using namespace std;
class Box{
    public:
        Box(double wi=1,double le=1,double he=1):w(wi),l(le),h(he)
        {cout<<"Box Constructor!\n";}
        ~Box()
        {cout<<"Destrctor of Box!\n";}
        double getWidth() const{return w;}
        double getLength()const{return l;}
        double getHeight()const{return h;}
        double getVolume()const{return w*l*h;}
        void setWidht(int wi) {w=wi;}
        void setLenght(int le){l=le;}
        void setHeight(int he){h=he;}

    private:
        double w;
        double l;
        double h;
};
int main()
{
    int    i[2]={22 ,66 };
    char   c[2]={'a','b'};
    string s[2]={string(7,'n'),string(6,'v')};
    Box    b[2]={Box(12,12,12),Box(2,2,2)};

    cout<<"--------------------------------------\n";
    cout<<"First:\t"<<i[0]<<"\tSecond:\t"<<i[1]<<endl;
    cout<<"First:\t"<<c[0]<<"\tSecond:\t"<<c[1]<<endl;
    cout<<"First:\t"<<s[0]<<"\tSecond:\t"<<s[1]<<endl;
    cout<<"First:\t"<<b[0].getVolume()<<"\tSecond:\t"<<b[1].getVolume()<<endl<<endl;
    cout<<"--------------------------------------\n";
    M_swap(i[0],i[1]);
    M_swap(c[0],c[1]);
    M_swap(s[0],s[1]);
    M_swap(b[0],b[1]);
    cout<<"--------------------------------------\n";
    cout<<"First:\t"<<i[0]<<"\tSecond:\t"<<i[1]<<endl;
    cout<<"First:\t"<<c[0]<<"\tSecond:\t"<<c[1]<<endl;
    cout<<"First:\t"<<s[0]<<"\tSecond:\t"<<s[1]<<endl;
    cout<<"First:\t"<<b[0].getVolume()<<"\tSecond:\t"<<b[1].getVolume()<<endl<<endl;
    cout<<"--------------------------------------\n";

    return 0;
}