C++学习之路-编译链接的细节

很多时候，我们会将函数的声明和实现分离。函数的声明通常声明在.h文件中，函数的实现通常实现在.cpp文件中。比如，我们想要定义两个数的加法运算，就可以这样写：

在add.h中声明函数

#pragma once
int add(int a, int b);
double add(double a, double b);
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在add.cpp中实现函数

#include"add.h"

int add(int a, int b)
{
	return a + b;
}

double add(double a, double b)
{
	return a + b;
}
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我们知道，这样肯定没问题。但是，我们了解了模板，掌握了泛型的概念。可以用模板来优化函数重载，于是我们可能就会这样改进上述代码：

在add.h中声明模板

#pragma once

template <class T>
T add(T a, T b);
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在add.cpp中实现模板

#include"add.h"

template <class T>
T add(T a, T b)
{
	return a + b;
}
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此时，我们想要使用该模板函数，只需要在使用文件中引入add.h即可。比如，我们在main.cpp中使用：

#include
#include"add.h" // 引入头文件
using namespace std;

int main()
{
	cout << add<int>(1, 2) << endl;
	cout << add<double>(1.1, 2.2) << endl;
	getchar();
	return 0;
}
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但是，这种情况却会报错：无法解析这两个函数，也就意味着编译器找不到这两个函数

编译链接过程

我们先了解一下正常的函数实现和分离的编译链接过程（即不用模板的情况下）。三个文件，一个包含了add的实现分离，一个调用函数的main

add.h文件

add.cpp文件

mian.cpp文件

那么，这三个文件在编译器中是如何工作的呢？

首先，我们需要知道的是.h文件是不被C++编译器单独编译的，编译器只会编译cpp文件，而且是单独编译！！！！也就意味着main.cpp和add.cpp是单独编译的，也就意味着main.cpp和add.cpp在编译时，互相不知道对方的存在，只是老老实实的将代码编译器为汇编代码。

下图，展示了整个编译链接过程：

着重说明：调用函数的时候（无论是在哪调用函数，该历程是在mian.cpp中调用），会编译为call函数地址的汇编代码，但是这个代码地址是不准确的，链接的时候会修复这个地址，从而找到真正实现的地方，达到正确调用的目的。

编译器为什么不单独编译.h文件呢？

因为.h文件的作用就是起到声明的作用，规范项目整洁，增强代码可读性。因此，在任何文件中包含某个.h文件，就会将该.h文件里的所有东西，原封不动的复制进来，跟着cpp文件一起编译，所以不会单独编译.h文件。

也就是说，main.cpp中，其实是这样的代码。直接把两个函数的声明放在这，这样的话调用函数的时候，就知道是个函数，所以就会编译通过，不会报错。但是，函数的实现在哪，这里是不知道的，因此call 函数地址时，这个地址基本上都是错的。

从编译链接的原理解释，为什么模板不可以声明和实现分离

add.h 声明模板

#pragma once

template <class T>
T add(T a, T b);
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add.cpp 中实现模板

#include"add.h"

template <class T>
T add(T a, T b)
{
	return a + b;
}
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此时，我们想要使用该模板函数，只需要在使用文件中引入add.h即可。比如，我们在main.cpp中使用：

#include
#include"add.h" // 引入头文件
//template 
//T add(T a, T b);
using namespace std;

int main()
{
	cout << add<int>(1, 2) << endl;
	cout << add<double>(1.1, 2.2) << endl;
	getchar();
	return 0;
}
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我们了解了编译链接原理->对每一个cpp文件单独编译。所以我们在编译add.cpp时，就相当于编译下面的代码。由于没有调用具体的函数，因此在add.cpp中不会产生任何具体的函数。

template <class T>
T add(T a, T b);

template <class T>
T add(T a, T b)
{
	return a + b;
}
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也就是说，add.obj是空的，没有任何函数的汇编代码。

我们在模板中学过，只要没有具体的调用函数，模板就不会自动生成任何函数，因为模板不知道该生成什么类型的函数。

因此，在链接的时候，main函数中call 函数地址，就找不到具体实现的地方，因此就会链接失败。所以就会提示：无法解析add函数，这是因为编译器找不到add函数的具体调用地址。

可以看出，错误是LNK，也就是链接错误。正与我们分析的一模一样。

所以，模板想要生成具体的函数实现，就必须满足单独编译cpp文件时，在当前cpp文件内出现了该模板的调用，才会生成具体的函数实现，否则不会产生任何动作。总之：想要使用模板，就不要将模板的声明和实现分离。

模板的声明和实现一般用来放在.hpp文件中

hpp一般用来存放，声明和实现不分离的文件。到时候，直接在调用处包含该hpp文件即可。

hpp也不会参与编译，跟h文件是一样的。哪个文件包含hpp文件，就会将hpp文件的所有代码复制到该文件。