編譯器的詞法分析和語法分析是如何處理C++的模板?

01-14

不考慮可變模板參數,不考慮模板的模板參數,不考慮偏特化,僅考慮模板的類型參數和非類型參數.是不是用LL解析器或者LR解析器就可以成功解析出包含這種模板子集的AST?

你的這個問題實在太大了，建議再縮小一下，編譯器解析模板我覺得我在我的博客完全可以寫個十幾篇的連載。

我這裡就說一個小方面吧，就是模板的實例化的選取，即編譯器與鏈接器如何確保在執行的時候只有一份模板實例，因為我們知道編譯器遇到模板實例化的時候就會實例化一份（而還有模板的特化順序處理，Candidate選取等這裡都不講，所以我說你這個問題實在太大太大了），而講這個問題是可以引導出C++11用於提高Compiler Performance的extern template新特性（注意不是export）。那麼我這裡簡單提一下IBM的XL C++編譯器如何處理模板的（我想其它編譯器應該也有類似的思路），模板和普通的程序在IBM XL C++編譯器中走的是兩條道路，即他們不是在一條道路上的。遇到模板的時候，編譯器都會「壓制」到後面來處理。而IBM XL C++ Compiler為了完成模板實例化選取，然後保證鏈接器只會拿一份實例，對模板採取了一個特殊的處理，就是使用了weak symbols. 舉一個簡單的例子吧

// a.h template & int f(T){} // 1.cpp #include "a.h" int fun1() { f(1); } // 2.cpp #include "a.h" int fun2() { f(2); }

我們這裡在1.cpp會生成一份f&(int)的實例，而在2.cpp也同樣會生成一份。那麼我們鏈接器鏈接1.o和2.o的時候，就會出現兩份f&(int)的實例，這是不允許的。那麼為了達成允許這樣的情況，編譯器就使用了weak symbols這個東西，那麼有了這個東西就允許這樣的事情存在了，而有了weak，那麼自然也會有strong symbols了，那麼全局變數這樣的東西就是strong的。OK，有了weak symbols，那麼就會提醒鏈接器隨意取一份實例，這在大部分編譯器中都是取的第一份，如IBM XL C++ for Linux，而在給出的文檔中，聲明的是隨機取一份，但是我可以說的是其實就是第一份，這在IBM XL C++ for AIX也是如此，GCC也如此，但是你不能就假設一直都是了。

接下來，我想講的是C++11的extern template。這個特性其實對於編譯器性能也是一個提高。如上例所述，我們在1.cpp遇到f(1)會實例化一份f&(int)，而在2.cpp遇到f(2)也會實例化一份。然而我們知道，鏈接器只會拿一份，其餘的都全被丟掉了，如果我們有大量的這種實例化，就會產生非常冗餘的代碼，也會加長編譯的時間，那麼C++11就引入了一個新特性叫做extern template.

// a.h template & int f(T){} extern template int f&(int); // 1.cpp #include "a.h" template int f&(int); int fun1(){ f(1); } // 2.cpp #include "a.h" int fun2(){ f(2); }

現在的情況就是在a.h聲明了模板，而在1.cpp顯示實例化了f&(int)，而在2.cpp的時候，編譯器就會假定在其它的編譯單元已經存在了f&(int)了，那麼就不會再顯示實例化一份f&(int)了。這樣的話，如果你有一類模板實例化非常頻繁的代碼的話，通過這樣的辦法，可以有效的降低編譯與鏈接時間，以及產生的冗餘代碼和目標文件的大小。

其實我們回過頭看這個特性，其實思想和以前的extern是類似的，只是這次遷移到了模板而已。那麼這個特性有沒有一些注意項呢？我認為有如下幾點。

1. 該特性適用於函數模板和類模板

2. 如果你先聲明了extern template，卻沒有顯示實例化，那麼會報鏈接錯誤

3. 不能用於靜態函數模板（這個是比較顯而易見的）

4. C++11沒有聲明是否可以用於inline，這是未定義的行為

5,.不應過度依賴此特性，應該將這個特性用在實例化頻繁的地方。

我好像針對你的提問，只講了一個非常非常小的地方，但是說了這麼多，好像又什麼沒有講一般，還是因為C++模板太複雜了。