我必须写一个模板类，这个例子对我很有用

下面是一个动态数组类的示例。

#ifndef dynarray_h
#define dynarray_h

#include <iostream>

template <class T>
class DynArray{
    int capacity_;
    int size_;
    T* data;
public:
    explicit DynArray(int size = 0, int capacity=2);
    DynArray(const DynArray& d1);
    ~DynArray();
    T& operator[]( const int index);
    void operator=(const DynArray<T>& d1);
    int size();
    
    int capacity();
    void clear();
    
    void push_back(int n);
    
    void pop_back();
    T& at(const int n);
    T& back();
    T& front();
};

#include "dynarray.template" // this is how you get the header file

#endif

现在，在.template文件中，您可以像往常一样定义函数。

template <class T>
DynArray<T>::DynArray(int size, int capacity){
    if (capacity >= size){
        this->size_ = size;
        this->capacity_ = capacity;
        data = new T[capacity];
    }
    //    for (int i = 0; i < size; ++i) {
    //        data[i] = 0;
    //    }
}

template <class T>
DynArray<T>::DynArray(const DynArray& d1){
    //clear();
    //delete [] data;
    std::cout << "copy" << std::endl;
    this->size_ = d1.size_;
    this->capacity_ = d1.capacity_;
    data = new T[capacity()];
    for(int i = 0; i < size(); ++i){
        data[i] = d1.data[i];
    }
}

template <class T>
DynArray<T>::~DynArray(){
    delete [] data;
}

template <class T>
T& DynArray<T>::operator[]( const int index){
    return at(index);
}

template <class T>
void DynArray<T>::operator=(const DynArray<T>& d1){
    if (this->size() > 0) {
        clear();
    }
    std::cout << "assign" << std::endl;
    this->size_ = d1.size_;
    this->capacity_ = d1.capacity_;
    data = new T[capacity()];
    for(int i = 0; i < size(); ++i){
        data[i] = d1.data[i];
    }
    
    //delete [] d1.data;
}

template <class T>
int DynArray<T>::size(){
    return size_;
}

template <class T>
int DynArray<T>::capacity(){
    return capacity_;
}

template <class T>
void DynArray<T>::clear(){
    for( int i = 0; i < size(); ++i){
        data[i] = 0;
    }
    size_ = 0;
    capacity_ = 2;
}

template <class T>
void DynArray<T>::push_back(int n){
    if (size() >= capacity()) {
        std::cout << "grow" << std::endl;
        //redo the array
        T* copy = new T[capacity_ + 40];
        for (int i = 0; i < size(); ++i) {
            copy[i] = data[i];
        }
        
        delete [] data;
        data = new T[ capacity_ * 2];
        for (int i = 0; i < capacity() * 2; ++i) {
            data[i] = copy[i];
        }
        delete [] copy;
        capacity_ *= 2;
    }
    data[size()] = n;
    ++size_;
}

template <class T>
void DynArray<T>::pop_back(){
    data[size()-1] = 0;
    --size_;
}

template <class T>
T& DynArray<T>::at(const int n){
    if (n >= size()) {
        throw std::runtime_error("invalid index");
    }
    return data[n];
}

template <class T>
T& DynArray<T>::back(){
    if (size() == 0) {
        throw std::runtime_error("vector is empty");
    }
    return data[size()-1];
}

template <class T>
T& DynArray<T>::front(){
    if (size() == 0) {
        throw std::runtime_error("vector is empty");
    }
    return data[0];
    }

当您在编译步骤中使用模板时，编译器将为每个模板实例化生成代码。在编译和链接过程中，.cpp文件被转换为纯对象或机器代码，其中包含引用或未定义的符号，因为main.cpp中包含的.h文件没有实现YET。这些文件已准备好与另一个对象文件链接，该对象文件定义了模板的实现，因此您拥有完整的a.out可执行文件。

然而，由于模板需要在编译步骤中进行处理，以便为您定义的每个模板实例化生成代码，因此简单地编译一个与它的头文件分离的模板是行不通的，因为它们总是并行的，因为每个模板实例化都是一个全新的类。在常规类中，您可以将.h和.cpp分开，因为.h是该类的蓝图，.cpp是原始实现，因此任何实现文件都可以定期编译和链接，但是使用模板.h是类外观的蓝图，而不是对象外观，这意味着模板.cpp文件不是类的原始常规实现，它只是一个类的蓝图，因此任何.h模板文件的实现都无法编译，因为您需要一些具体的东西来编译，在这个意义上，模板是抽象的。

因此，模板永远不会单独编译，只在其他源文件中有具体实例化的地方编译。然而，具体的实例化需要知道模板文件的实现，因为简单地使用.h文件中的具体类型修改类型名T并不能完成任务，因为.cpp要链接什么，我以后找不到它，因为记住模板是抽象的，无法编译，所以我现在不得不给出实现，这样我就知道要编译和链接什么，现在我有了实现，它就链接到了封闭的源文件中。基本上，当我实例化一个模板时，我需要创建一个全新的类，如果我不知道该类在使用我提供的类型时应该是什么样子，我就不能这样做，除非我通知编译器模板实现，所以现在编译器可以用我的类型替换t，并创建一个可以编译和链接的具体类。

总之，模板是类外观的蓝图，类是对象外观的蓝图。我不能将模板与它们的具体实例化分开编译，因为编译器只编译具体类型，换句话说，至少在C++中，模板是纯语言抽象的。可以说，我们必须对模板进行去抽象，我们通过给它们一个具体的类型来处理，这样我们的模板抽象就可以转换为一个常规的类文件，进而可以正常编译。分隔template.h文件和template.cpp文件是没有意义的。这是没有意义的，因为.cpp和.h的分离仅限于.cpp可以单独编译和单独链接的地方，因为我们不能单独编译它们，因为模板是一个抽象，因此，我们总是被迫将抽象与具体实例化放在一起，其中具体实例化总是必须知道所使用的类型。

这意味着typename T get在编译步骤而不是链接步骤中被替换，所以如果我试图编译一个模板而不将T替换为一个对编译器来说完全没有意义的具体值类型，结果无法创建对象代码，因为它不知道T是什么。

从技术上讲，可以创建某种功能来保存template.cpp文件，并在其他源中找到它们时切换类型。

附带说明一下，当为模板类进行专门化时，可以将头与实现分开，因为根据定义，专门化意味着我专门化了一个可以单独编译和链接的具体类型。

尽管上面有很多很好的解释，但我缺少一种将模板分离为页眉和正文的实用方法。

我主要担心的是，当我更改其定义时，避免重新编译所有模板用户。

对我来说，在模板主体中包含所有模板实例不是一个可行的解决方案，因为模板作者可能不知道其使用情况，模板用户可能无权修改它。

我采用了以下方法，这也适用于较旧的编译器（gcc 4.3.4，aCC A.03.13）。

对于每个模板的使用，在其自己的头文件（从UML模型生成）中都有一个typedef。它的主体包含实例化（最终在一个库中，该库在末尾链接）。

模板的每个用户都包含该头文件并使用typedef。

示意图示例：

MyTemplate.h：

#ifndef MyTemplate_h
#define MyTemplate_h 1

template <class T>
class MyTemplate
{
public:
  MyTemplate(const T& rt);
  void dump();
  T t;
};

#endif

我的模板.cpp：

#include "MyTemplate.h"
#include <iostream>

template <class T>
MyTemplate<T>::MyTemplate(const T& rt)
: t(rt)
{
}

template <class T>
void MyTemplate<T>::dump()
{
  cerr << t << endl;
}

MyInstantiatedTemplate.h：

#ifndef MyInstantiatedTemplate_h
#define MyInstantiatedTemplate_h 1
#include "MyTemplate.h"

typedef MyTemplate< int > MyInstantiatedTemplate;

#endif

我的实例化模板.cpp：

#include "MyTemplate.cpp"

template class MyTemplate< int >;

main.cpp：

#include "MyInstantiatedTemplate.h"

int main()
{
  MyInstantiatedTemplate m(100);
  m.dump();
  return 0;
}

这样，只需要重新编译模板实例，而不是所有模板用户（和依赖项）。

我建议看看这个gcc页面，它讨论了模板实例化的“cfront”和“borland”模型之间的权衡。

https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-4.6.4/gcc/Template-Instantiation.html

“borland”模型符合作者的建议，提供完整的模板定义，并多次编译。

它包含关于使用手动和自动模板实例化的明确建议。例如，“-repo”选项可用于收集需要实例化的模板。或者另一个选项是使用“-fno隐式模板”禁用自动模板实例化，以强制手动模板实例化。

根据我的经验，我依赖于为每个编译单元实例化的C++标准库和Boost模板（使用模板库）。对于我的大型模板类，我为所需的类型进行了一次手动模板实例化。

这是我的方法，因为我提供的是一个工作程序，而不是用于其他程序的模板库。这本书的作者Josuttis在模板库方面做了大量工作。

如果我真的担心速度，我想我会探索使用预编译头https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Precompiled-Headers.html

这在许多编译器中得到了支持。然而，我认为使用模板头文件时，预编译头文件会很困难。

模板通常用于标头中，因为编译器需要实例化不同版本的代码，这取决于为模板参数给定/推导的参数，并且（作为程序员）更容易让编译器多次重新编译同一代码，然后进行重复数据消除。请记住，模板并不直接表示代码，而是该代码的多个版本的模板。当您在.cpp文件中编译非模板函数时，您正在编译一个具体的函数/类。模板的情况并非如此，它可以用不同的类型实例化，也就是说，当用具体类型替换模板参数时，必须发出具体的代码。

export关键字有一个功能，用于单独编译。导出功能在C++11中被弃用，而且，AFAIK中只有一个编译器实现了它。你不应该利用出口。在C++或C++11中，单独编译是不可能的，但在C++17中，如果概念允许，我们可以有一些单独编译的方法。

为了实现单独的编译，必须可以进行单独的模板体检查。似乎可以用概念来解决问题。看看最近发表在标准委员会会议。我认为这不是唯一的要求，因为您仍然需要为用户代码中的模板代码实例化代码。

模板的单独编译问题我想也是迁移到模块时出现的问题，目前正在进行中。

编辑：截至2020年8月，模块已经成为C++的现实：https://en.cppreference.com/w/cpp/language/modules

只是在这里添加一些值得注意的内容。当模板类的方法不是函数模板时，可以在实现文件中定义它们。

myQueue.hpp：

template <class T> 
class QueueA {
    int size;
    ...
public:
    template <class T> T dequeue() {
       // implementation here
    }

    bool isEmpty();

    ...
}    

myQueue.cpp：

// implementation of regular methods goes like this:
template <class T> bool QueueA<T>::isEmpty() {
    return this->size == 0;
}


main()
{
    QueueA<char> Q;

    ...
}