能否跨翻译单元使用隐式实例化的模板成员函数

这不是编译器优化的bug，这个场景下你要么手动加显式实例化，要么把模板实现挪到头文件里。不开优化能编译通过纯属巧合，完全不符合C++标准的保障逻辑。

先讲C++模板隐式实例化的硬规则：编译器只有同时满足以下两个条件，才会生成模板具体实例的可链接目标代码：

• 当前翻译单元能看到模板的完整实现定义，不只是前置声明
• 当前翻译单元确实存在对该实例的、需要生成实体的引用（即不能被优化消除的使用场景）

我们拆成三个文件对应的翻译单元挨个看行为就清楚了：

• 对于main.cpp：它确实调用了f.Fooify(42)，需要void Foo::Fooify<int>(int)这个实例，但这个文件里只引入了头文件，只有Fooify的声明，根本看不到模板的实现代码，编译器根本不知道这个函数要生成什么指令，完全不可能在这里触发隐式实例化，只能给链接器留一个未解析的符号占位。
• 对于foo.cpp：它确实有Fooify的完整模板实现，也在UseFooifyForInt里写了Fooify(5)的调用，但开-O1优化的时候，编译器会判断这个Fooify是空函数，没有任何副作用，直接把这个调用内联消掉了——连调用指令都不会在最终目标文件里保留，自然也就不需要为这个模板实例生成单独的可链接代码，直接跳过了隐式实例化的步骤。
• 不开优化的时候为什么能过？因为O0级别下编译器不会做这种激进的无用调用消除，哪怕是空函数也会老老实实保留调用指令，顺带着就生成了Fooify<int>的实例代码，最后链接的时候main里的符号引用刚好能对上，就误打误撞编译通过了。这只是编译器在低优化级别下的实现选择，不是标准承诺的行为，只要开优化把无效调用删掉，这个符号就不存在了，链接报错是必然结果。

你觉得foo.cpp里已经写了Fooify(5)的调用，就该自动生成实例，本质是默认了“只要代码里写了调用，编译器就一定会保留调用并生成对应函数”，但这个假设从根上就不成立：C++标准只要求编译器最终生成的程序可观测行为和代码逻辑一致，只要不改变运行结果，编译器可以任意内联函数、删除无副作用的无用代码。如果某个模板实例在当前翻译单元里所有使用点都被优化没了，编译器完全有理由不生成它的目标代码，没有任何逻辑问题。

• 最通用的方案：把Fooify的模板实现直接放到foo.h头文件里，这样所有调用该模板的翻译单元都能看到完整定义，需要实例化的时候可以直接在当前单元生成代码，不会出现跨单元找不到符号的问题，这也是绝大多数C++模板代码的常规写法。
• 如果你确实想把模板实现放在cpp文件里：就在foo.cpp里加上显式实例化语句template void Foo::Fooify<int>(int);，强制编译器不管当前单元里的调用有没有被优化掉，都必须生成int版本的Fooify实例目标代码，供其他翻译单元链接使用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tcnops