能否從編譯原理的角度詳細的描述一下模板編譯的過程？

以及 能夠順便從編譯原理的角度講解一下模板編譯時， 為什麼寫.cpp文件時linker會報錯？

---

這個問題很大，而我也其實到現在也沒有完整的，清晰的弄清楚模板在編譯器的實現。但是針對這個問題，我想我可以簡單的回答一下你提到的linker為什麼會報錯。我希望我可以盡量用簡單的語言來敘述，讓看的人都能理解。

首先，模板和class，function都不同，模板是一個模式，它可以讓編譯器利用這個模式來生成一些列的class和function，這是最本質最重要的一點。於是，要讓編譯器生成完整的代碼，編譯器需要看見模板的定義和所需要填充的類型，這樣編譯器才能生成"正常"的代碼。

然後回到你的問題，你所提到的寫在一個cpp裡面，那麼更延伸一點兒莫過於.h放置聲明，.cpp放置實現。

舉一個栗子

// x.h
#pragma once
template &
class X
{
public:
void foo(T t);
};

// x.cpp
#include "x.h"
template &
void X&::foo(T t) { /* do something */ }

// main.cpp
#include "x.h"
int main()
{
X& x;
x.foo("a");
}


於是乎，我們知道了T的類型為char，我們需要利用這一個定義好的模式來生成x的構造函數以及foo函數，其中要填充的類型是char。然而很遺憾的是，我們編譯器在編譯x.cpp的時候才看見模板的定義，而在編譯main.cpp的時候才看見X&，明白要填充的類型是char。編譯器沒有辦法同時看到模板的定義和X&，於是也就沒有辦法生成X&::foo(char t)。

接下來，或許就是你疑惑的地方了，為什麼編譯器不知道把main.cpp的char拿到x.cpp那裡去，為什麼linker會報錯。

我們的編譯器比較「愚蠢」，每次它編譯完一個cpp文件，當它編譯另一個cpp文件的時候它就忘記了其他cpp文件的信息了，所以即使x.cpp有模板定義，main.cpp有X&，似乎所需要的信息都齊全了，只是很可惜它們不再一個地方，無法讓編譯器同時看到。若這樣可以做，那就是所謂的模板分離編譯模型，曾經有個關鍵字叫做export，讓模板聲明和實現可以分開，不過只有EDG做出來了，然後告訴大家不要做export，現在此關鍵字已被C++11廢棄，留作後續使用（或許會用於C++1z的Modules System的介面導出作用）。

那麼為什麼會在linker階段報錯呢？在main.cpp中，我們有X&.foo("a")，然而foo的定義不在x.h中，於是編譯器只好把這個工作交給linker，讓linker去其它的obj文件找尋foo的定義。而在哪裡找呢？就是在編譯產生x.cpp產生出的x.o裡面找，然而很遺憾，x.o裡面沒有任何X&::foo(char)的信息，因為C++標準規定，若模板不被用時，不應該實例化它。而x.cpp沒有使用X&，所以linker找不到定義，於是就報錯undefined reference to `X&::foo(char)"。

所以，針對上述例子，若我們在x.cpp加一個實例化char類型的，即可讓程序通過，如

// x.cpp
#include "x.h"
template &
void X&::foo(T t) { /* do something */ }

void bar()
{
X& xx;
xx.foo("a");
}


這樣的話，我們的linker在x.o中就能找到相關的信息了。

那麼除了上文說的export關鍵字，還有沒有可以解決linker的錯誤呢？C++11引入了extern template，如這樣

// x.cpp
#include "x.h"
template &
void X&::foo(T t) { /* do something */ }

template class X&; // make available for the clients

// main.cpp
#include "x.h"

// I know, someelse where must define X&.
extern template class X&;
int main()
{
X& x;
x.foo("a");
}


然而，extern template更重要的目的其實是降低冗餘的模板實例化代碼生成，可以參見C++提案Adding "extern template" (version 2) 和我同事在13年寫的一篇博客 The XL C/C++ V11.1 compiler supports extern templates (C/C++ Cafe)

---

模版就是函數+佔位符，假設佔位符有N種可能，那麼編譯的時候，就要生成N個函數。 具體調用哪個函數，由實際傳入的參數來決定。 模版不是動態編譯，所以有很多限制。

---

先把模版展開然後編譯，c++是個強類型靜態語言

你把定義寫道cpp裡面linker肯定報錯，簡單來說就是頭文件展開後找不到定義了

---

可以買一本c++ templates 裡面比較詳細

---

推薦閱讀：