C++中template模板何时被实例化？类模板实例化时机相关问题

问题相关代码 #

template <typename T>
struct Pow{
    T operator()(T const& x) const{ return x * x; }
};

void func(Pow<double>); // Pow<double> instantiated here?
void func(Pow<int>){}   // Pow<int> instantiated here?

int main(){
    Pow<int> pi; // instantiated here?
    func(pi); // Pow<int> instantiated here
}

问题解答 #

1. 模板的具体实例化时机是什么？

类模板默认采用按需隐式实例化规则，只有当编译器必须拿到类的完整定义才能完成编译时，才会触发实例化，常见触发场景包括：

• 创建该模板类的实体对象（比如示例中Pow<int> pi;的位置）
• 需要获取该类类型的大小、或者访问类的成员变量/成员函数
• 以该类为参数/返回值的函数被ODR使用（即需要生成该函数的实际二进制代码）
• 手动写显式实例化语句，比如template struct Pow<int>;
  如果仅需要类的前向声明就能满足编译需求的场景，不会触发实例化。

2. Pow<int>是否在声明func(Pow<int>)时就被实例化？

不会。函数声明阶段仅需要确认Pow<int>是合法存在的类型即可，不需要类的完整定义，所以不会触发实例化。哪怕你写完了func(Pow<int>)的函数实现，只要这个函数从来没有被实际调用、取地址等使用行为，编译器也不会生成该函数的二进制代码，自然也不需要实例化Pow<int>。

3. 如果我没有在main()中使用Pow<int>，那么func将其作为参数类型使用的场景是否会触发该模板的实例化？

看func(Pow<int>)是否被实际使用：

• 如果该函数仅做了声明/定义，没有任何调用、取地址等需要生成二进制代码的操作，不会触发实例化
• 如果该函数被ODR使用（比如在其他代码位置调用了它，或者把它的地址赋值给了函数指针），编译器需要生成函数的完整实现，此时需要确认参数类型Pow<int>的大小、内存布局等信息，就会触发实例化

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Itachi Uchiwa