整数范围参数模板类显式实例化及静态库编译问题咨询

能否编译为静态库 #

完全可以，只要按照以下结构安排代码即可：

• 头文件仅存放模板类A的声明，不存放实现代码
• 单独的源文件存放模板类A的完整实现，同时在该源文件内完成所有区间内的显式实例化
• 编译该源文件后打包为静态库，其他业务代码仅需引入对应头文件，链接该静态库即可正常使用指定区间内的A<N1,N2>实例，无需可见模板实现代码。

自动批量生成实例化的方案 #

不需要手动逐个编写所有排列的实例化语句，常用的实现方案有三种：

方案1：C++模板元编程（编译期自动展开） #

基于C11及以上版本的std::integer_sequence特性，可以在编译期自动生成所有组合的实例化，C17版本示例代码如下：

#include <utility>
#include <initializer_list>

template <int N1, int N2>
class A {
    // 类实现代码
};

// 展开单个N1对应的所有N2区间实例
template <int N1, int... N2List>
void instance_n2(std::integer_sequence<int, N2List...>) {
    std::initializer_list<int>{(static_cast<void>(A<N1, N2List>{}), 0)...};
}

// 展开所有N1区间
template <int... N1List, int K2>
void instance_all(std::integer_sequence<int, N1List...>, std::integral_constant<int, K2>) {
    std::initializer_list<int>{(instance_n2<N1List>(std::make_integer_sequence<int, K2 + 1>{}), 0)...};
}

// 示例：实例化N1∈[0,5]、N2∈[0,3]的所有组合，修改K1、K2取值即可适配其他区间
constexpr int K1 = 5;
constexpr int K2 = 3;
template void instance_all(std::make_integer_sequence<int, K1 + 1>{}, std::integral_constant<int, K2>{});

如果使用C++11/14版本，仅需将折叠表达式相关逻辑替换为模板递归实现即可，无需额外依赖。

方案2：预处理器宏生成 #

如果编译器版本较低，可以借助预处理器的循环能力批量生成代码，以Boost.Preprocessor为例：

#include <boost/preprocessor/repetition/repeat.hpp>
#include <boost/preprocessor/seq/for_each_product.hpp>
#include <boost/preprocessor/seq/elem.hpp>

#define K1 5
#define K2 3
#define INSTANCE_DECL(_, param) template class A<BOOST_PP_SEQ_ELEM(0, param), BOOST_PP_SEQ_ELEM(1, param)>;

// 自动展开为所有组合的显式实例化语句
BOOST_PP_SEQ_FOR_EACH_PRODUCT(INSTANCE_DECL, 
    (BOOST_PP_REPEAT(K1 + 1, ((0)), ~)) 
    (BOOST_PP_REPEAT(K2 + 1, ((0)), ~))
)

展开后会自动生成所有template A<x,y>;的实例化语句。

方案3：构建脚本生成 #

如果K1、K2取值极大，编译期展开负担过高，可以在构建阶段通过Python、Shell等脚本生成包含所有实例化语句的独立源文件，再加入编译流程即可，这种方式对编译性能影响最小。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jonas Hjulstad