在实际将模板编译成目标代码之前，需要由编译器实例化模板。只有当模板参数已知时，才能实现此实例化。现在想象一个场景，其中模板函数在a.h中声明，在a.pp中定义，并在b.cpp中使用。编译a.pp时，不一定知道即将到来的编译b.cpp将需要模板的实例，更不用说是哪个特定的实例。对于更多的头文件和源文件，情况可能会很快变得更加复杂。

有人会说，编译器可以更聪明地“前瞻”模板的所有用途，但我确信创建递归或其他复杂场景并不困难。顺便说一句，编译器不会再这样做了。正如Anton所指出的，一些编译器支持模板实例化的显式导出声明，但并非所有编译器都支持它（现在？）。

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];
    }

注意：没有必要将实现放在头文件中，请参阅答案末尾的替代解决方案。

无论如何，代码失败的原因是，在实例化模板时，编译器使用给定的模板参数创建一个新类。例如：

template<typename T>
struct Foo
{
    T bar;
    void doSomething(T param) {/* do stuff using T */}
};

// somewhere in a .cpp
Foo<int> f; 

当读取这一行时，编译器将创建一个新类（让我们称之为FooInt），这相当于以下内容：

struct FooInt
{
    int bar;
    void doSomething(int param) {/* do stuff using int */}
}

因此，编译器需要访问方法的实现，以使用模板参数（在本例中为int）实例化它们。如果这些实现不在标头中，那么它们将无法访问，因此编译器将无法实例化模板。

对此的常见解决方案是在头文件中写入模板声明，然后在实现文件（例如.tpp）中实现类，并在头的末尾包含该实现文件。

食品h

template <typename T>
struct Foo
{
    void doSomething(T param);
};

#include "Foo.tpp"

食品.tpp

template <typename T>
void Foo<T>::doSomething(T param)
{
    //implementation
}

这样，实现仍然与声明分离，但编译器可以访问。

替代解决方案

另一个解决方案是保持实现分离，并显式实例化您需要的所有模板实例：

食品h

// no implementation
template <typename T> struct Foo { ... };

食品.cpp

// implementation of Foo's methods

// explicit instantiations
template class Foo<int>;
template class Foo<float>;
// You will only be able to use Foo with int or float

如果我的解释不够清楚，你可以看看这个主题的C++超级常见问题解答。

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。

在头文件中编写声明和定义是一个好主意的另一个原因是为了可读性。假设Utility.h中有这样一个模板函数：

template <class T>
T min(T const& one, T const& theOther);

在Utility.cpp中：

#include "Utility.h"
template <class T>
T min(T const& one, T const& other)
{
    return one < other ? one : other;
}

这需要这里的每个T类实现小于运算符（<）。当您比较两个尚未实现“<”的类实例时，它将抛出编译器错误。

因此，如果将模板声明和定义分开，则无法仅读取头文件来查看此模板的输入和输出，以便在自己的类上使用此API，尽管在这种情况下编译器会告诉您需要重写哪个运算符。

这是因为需要单独编译，并且模板是实例化样式多态性。

让我们更接近具体的解释。假设我有以下文件：

小时声明类MyClass＜T＞的接口foo.cpp定义类MyClass＜T＞的实现棒.cpp使用MyClass＜int＞

独立编译意味着我应该能够独立于bar.cpp编译foo.cpp。编译器完全独立地在每个编译单元上完成分析、优化和代码生成的所有艰苦工作；我们不需要做整个程序分析。只有链接器需要一次处理整个程序，而且链接器的工作要简单得多。

当我编译foo.cpp时，bar.cpp甚至不需要存在，但我应该仍然能够将我已经拥有的foo.o与我刚刚制作的bar.o链接在一起，而不需要重新编译foo.cpp。foo.cpp甚至可以被编译成一个动态库，在没有foo.cpp的情况下分发到其他地方，并与他们在我编写foo.cpp多年后编写的代码链接。

“实例化样式多态性”意味着模板MyClass＜T＞实际上不是一个通用类，它可以编译为可用于任何T值的代码。这会增加诸如装箱之类的开销，需要将函数指针传递给分配器和构造函数等。C++模板的目的是避免编写几乎相同的类MyClass_int、类MyClass_float等，但最终仍然能够编写出编译后的代码，就像我们分别编写了每个版本一样。因此，模板实际上就是模板；类模板不是类，它是为我们遇到的每个T创建新类的方法。模板不能编译成代码，只能编译实例化模板的结果。

因此，当编译foo.cpp时，编译器无法看到bar.cpp以知道需要MyClass＜int＞。它可以看到模板MyClass＜T＞，但不能为此发出代码（它是一个模板，而不是类）。编译bar.cpp时，编译器可以看到它需要创建MyClass＜int＞，但它看不到模板MyClass＜t＞（只有foo.h中的接口），因此无法创建它。

如果foo.cpp本身使用MyClass＜int＞，那么编译foo.cpp时将生成该代码，因此当bar.o链接到foo.o时，它们可以连接起来并工作。我们可以使用这个事实，通过编写一个模板，在.cpp文件中实现一组有限的模板实例化。但bar.cpp无法将模板用作模板，并在它喜欢的任何类型上实例化它；它只能使用foo.cpp作者认为可以提供的模板类的预先存在的版本。

您可能会认为，在编译模板时，编译器应该“生成所有版本”，在链接过程中过滤掉从未使用过的版本。除了由于指针和数组等“类型修改器”特性，即使是内置类型也可以产生无限数量的类型，因此这种方法将面临巨大的开销和极端困难外，现在我通过添加以下内容来扩展程序时会发生什么：

巴兹卡普声明并实现类BazPrivate，并使用MyClass＜BazPrivate＞

除非我们

每次我们更改程序中的任何其他文件时，都必须重新编译foo.cpp，以防它添加了MyClass的新实例＜T＞要求baz.cpp包含（可能通过headerincludes）MyClass＜T＞的完整模板，以便编译器可以在编译baz.cpp期间生成MyClass＜BazPrivate＞。

没有人喜欢（1），因为整个程序分析编译系统需要很长时间才能编译，而且如果没有源代码，就无法分发编译后的库。所以我们有（2）。