如何基于模板类型列表自动强制实例化对应模板类？

首先明确：在C++20之前，标准语法没有直接支持展开参数包生成多个顶级的显式实例化声明（template class foo<T>;）。但我们可以通过隐式实例化的技巧达到强制生成代码的目的，效果和显式实例化一致（只要触发实例化的模板被显式实例化）。

以下是C11和C17的实现方案：

C++11 实现 #

利用模板特化和初始化列表展开参数包，通过静态变量初始化触发每个foo<T>的实例化：

template <typename T> struct foo {};

template <typename ... T> struct type_list { };
using list_type = type_list<int, float, char>;

// 辅助模板：递归展开参数包
template <typename... Ts>
struct instantiator;

// 空参数包的基础特化
template <>
struct instantiator<> {
    static bool init;
};

// 递归处理单个类型，继承自剩余类型的实例化器
template <typename T, typename... Ts>
struct instantiator<T, Ts...> : instantiator<Ts...> {
    static bool init;
};

// 针对type_list的特化，提取内部的类型参数包
template <typename... Ts>
struct instantiator<type_list<Ts...>> : instantiator<Ts...> {};

// 初始化空参数包的静态成员
template <>
bool instantiator<>::init = true;

// 初始化带参数包的静态成员，触发每个foo<T>的实例化
template <typename T, typename... Ts>
bool instantiator<T, Ts...>::init = [](){
    // 用初始化列表展开，每个元素对应一个foo<T>的默认构造
    int dummy[] = { (void(foo<T>{}), 0), (void(foo<Ts>{}), 0)... };
    (void)dummy; // 消除未使用变量警告
    return true;
}();

// 显式实例化辅助模板，强制触发所有foo<T>的代码生成
template struct instantiator<list_type>;

C++17 实现 #

借助C++17的折叠表达式简化代码，同样通过静态变量初始化触发实例化：

template <typename T> struct foo {};

template <typename ... T> struct type_list { };
using list_type = type_list<int, float, char>;

// 辅助模板：展开参数包
template <typename... Ts>
struct instantiator {
    static bool init;
};

// 针对type_list的特化，提取内部类型参数包
template <typename... Ts>
struct instantiator<type_list<Ts...>> : instantiator<Ts...> {};

// 用折叠表达式遍历所有类型，触发foo<T>的实例化
template <typename... Ts>
bool instantiator<Ts...>::init = ((void)foo<Ts>{}, ...);

// 显式实例化辅助模板，强制生成所有foo<T>的代码
template struct instantiator<list_type>;

关键说明 #

上述方案通过显式实例化instantator<list_type>，强制编译器初始化其静态成员，进而触发每个foo<T>的隐式实例化。即使foo<T>未被其他代码直接使用，也会被强制生成对应的模板代码，效果和显式实例化声明一致。

如果必须使用严格的template class foo<T>;显式实例化声明，在C++20之前没有标准方法实现自动展开，只能依赖编译器扩展或预处理器工具（如Boost.Preprocessor）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jason R