C++模板成员函数接收lambda参数时的分离编译实例化问题

• 首先是C++模板的通用分离编译限制：模板函数的定义必须对调用点可见，编译器才能在调用时根据传入的参数类型完成隐式实例化。你把模板成员函数f的实现放在单独的a.cpp中，main.cpp编译时只能看到f的声明，看不到实现，无法自动生成对应类型的实例。
• 其次是lambda的类型特殊性：每个lambda表达式的类型都是仅在定义它的翻译单元内可见的唯一局部类型，你无法在a.cpp中引用到main.cpp里这个lambda的类型名，所以完全无法通过手动显式实例化的方式解决问题，你连需要实例化的目标类型名都写不出来。

方案1：模板实现移入头文件（最通用） #

直接把A<T>::f的实现从a.cpp挪到a.hpp中，调用点就能看到完整的模板定义，编译器会自动为传入的lambda类型生成对应实例：
a.hpp 代码：

template<class T>
class A {
public:
    template<class T2>
    void f(T2 a);
};

template<class T>
template<typename T2>
void A<T>::f(T2 a){a();}

a.cpp可以直接删除，或者只存放其他非模板成员的实现即可。

方案2：改用类型擦除的可调用对象包装（适合必须分离编译的场景） #

如果确实需要把实现放在cpp文件中，可以放弃泛型模板参数，改用std::function做类型擦除，这样f就不是模板函数，不需要实例化：
a.hpp 代码：

#include <functional>
template<class T>
class A {
public:
    void f(std::function<void()> a);
};

a.cpp 代码：

#include "a.hpp"
#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
void A<T>::f(std::function<void()> a){
    a();
}

// 可正常显式实例化A<int>的f函数
template void A<int>::f(std::function<void()>);

main.cpp代码不需要修改，传入的lambda会自动隐式转换为std::function<void()>类型，可正常编译运行。

方案3：无捕获lambda转函数指针（零额外开销） #

如果你传入的lambda都是无捕获的，可以直接把参数改为普通函数指针类型，同样不需要模板：
a.hpp 代码：

template<class T>
class A {
public:
    void f(void(*a)());
};

a.cpp 代码：

#include "a.hpp"
#include <iostream>
using namespace std;

template<class T>
void A<T>::f(void(*a)()){
    a();
}

template void A<int>::f(void(*)());

无捕获lambda可以直接隐式转换为对应签名的函数指针，没有std::function的性能开销。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user1407220