C++20模块能否优化函数模板的编译速度？

问题描述 #

我平时使用函数模板时编译时长会大幅增加，朋友建议采用C++20的模块进行编译优化，但我认为这对编译速度不会有任何影响。由于不知道如何测试，特此提问：以下代码是否能优化构建流程？模板定义仍需创建并编译，难道不会产生任何变化吗？

math.ixx 代码 #

module; 
#include <typeinfo>

export module math;
import <iostream>;

export 
template<typename T>
T square(T x) {
  std::cout << typeid(T).name() << std::endl;
  return x * x;
}

main.cpp 代码 #

import math;

int main() {
  square(int());
  square(double());
}

回答 #

你的代码确实能优化构建流程，核心原因在于模块解决了传统头文件模式下模板编译的两大痛点：

• 避免模板实例化的重复编译
  在传统头文件模式中，每个包含模板头文件的源文件，都会重新编译模板的定义以及用到的实例。比如如果有10个源文件都用到square<int>，这个实例就会被编译10次，最后由链接器去重。而用模块的话，模板实例可以在模块编译阶段只生成一次，所有导入模块的源文件直接复用这个编译结果，无需重复劳动。

• 减少冗余预处理工作
  传统头文件的#include会把整个头文件内容（包括其依赖的其他头文件）展开到每个源文件中，带来大量重复的预处理、语法解析工作。模块的import只会导入公开的接口，不会重复处理模块内部的依赖（比如#include <typeinfo>、import <iostream>），这也能节省不少编译时间。

针对你的代码来说：编译math.ixx时，编译器会处理square模板的定义，当main.cpp导入该模块时，不需要再重新解析模板代码，也不需要重新编译square<int>和square<double>这两个实例——这些实例要么在模块编译阶段就已生成，要么编译器会缓存实例化结果，避免重复编译。

所以哪怕模板定义本身存在，模块依然能通过上述两点显著优化构建流程，在多源文件复用同一模板的大型项目中，效果会更明显。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者montjet