Шаблоны: unresolved external symbol , описание и реализация шаблонов

[antigen]

Товарищ Железный Феликс (aka Flex Ferrum), по моим оценкам ответил раз тридцать на этот вопрос, и, тем не менее, вопрос этот периодически возникает. Чаще всего его задают новички, но иногда и опытные программисты попадают в этот капкан.

Кому не в лом, с обсуждением этой темы и предложенными решениями можно ознакомиться по следующим, напр. ссылкам:
шаблонный класс
Проблема с шаблоном
шаблонные классы
Шаблонные функции
Шаблоны (templates) в С++
LNK ошибка при шаблонном наследовании
шаблонные члены класса
ошибки при линковке библиотк с шаблонами
шаблоны
error LNK2019: unresolved external symbo
Вопрос по шаблонам
template's
[список может быть продолжен]

Итак, проблема:
имеем в проекте, к примеру три файла file.h, file.cpp, main.cpp
/* file.h - описание шаблона */

template <class T> class C
   {
   public :
   C (void);
   private :
   T t;
   };

/* file.cpp - определение функций шаблона */

#include "file.h"
 
template <class T> C<T> :: C (void): t (1) {;}

/* main.cpp - использование шаблона */

#include "file.h"
 
C<float> c;
 
int main (int, char *[])
  {
  return 0;
  }

Файлы file.cpp и main.cpp транслируются раздельно. Пытаемся собрать проект, - и на этапе компоновки
линкер нам сообщает о том, что какой-то symbol оказался unresolved. Сообщение об этой ошибке может
зависеть от среды разработки, но в общем суть его одна.

В чём же тут проблема ?
А проблема в том, дорогие товарищи, что в Европе кофе не растёт.
Большинство наиболее распространённых и наиболее популярных компиляторов не поддерживает это средство языка,
которое называется экспорт шаблонов.
В их числе:
- Компиляторы Borland C++ (все версии всех годов, правда про Builder 2006 не могу точно сказать, но
скорее всего и он тоже не поддерживает);
- Microsoft C++ (тоже самое, ни один из них не поддерживает);
- GNU gcc/g++ (тоже ни одна из версий не поддерживает);

Менее распространённые, но которые мне проходилось использовать:
- QNX qcc (все версии);

Компиляторы для встраиваемых приложений:
- IAR EWB (все поддерживаемые процессорные ядра/устройства);
- Green Hills Multi2000;
- Analog Devices Visual DSP++ (все версии);
- Texas Instruments Code Composer;
[список может быть продолжен]

В некоторых средах разработки, например таких как Microsoft VS, Green Hills, или GNU gcc об этом
явно сообщается в документации.

Из мне известных компиляторов, которые могут осилить такой код, могу назвать только
- Intel C++ (версии, выпущеные позже октября 2004 г.)
[список может быть продолжен]


Как решать эту проблему ?
Наиболее простой ответ: на этапе трансляции описание шаблона, определение шаблона, и его
использование должно находится в одной единице трансляции. На примере вышеприведённого кода можно
сделать так :
/* file.h - описание шаблона */

template <class T> class C
   {
   public :
   C (void) : t (1) {;}
   private :
   T t;
   };

/* main.cpp - использование шаблона */

#include "file.h"
 
C<float> c;
 
int main (int, char *[])
  {
  return 0;
  }

определение шаблонного метода выкидываем из file.cpp

или вот так, если в лом переписывать заголовок:

/* file.h - описание шаблона */

template <class T> class C
   {
   public :
   C (void);
   private :
   T t;
   };

/* file.cpp - определение функций шаблона */

#include "file.h"
 
template <class T> C<T> :: C (void): t (1) {;}

/* main.cpp - использование шаблона */

#include "file.h"
#include "file.cpp" /* брррр...... ахтунг, но работать будет*/
 
C<float> c;
 
int main (int, char *[])
  {
  return 0;
  }

второй вариант: частичная специализация. Если известо, какой тип будет параметром заполнения шаблона,
то можно явно сгенерить его методы в отдельной единице трансляции:

/* file.h - описание шаблона */

template <class T> class C
   {
   public :
   C (void);
   private :
   T t;
   };
 
template <> C <float> :: C (void);

/* file.cpp - определение функций шаблона */

#include "file.h"
 
template <> C<float> :: C (void): t (3.1415) {;}

/* main.cpp - использование шаблона */

#include "file.h"
 
C<float> c;
 
int main (int, char *[])
  {
  return 0;
  }

Такой вариант тоже работоспособен.


В догон. Какие шаблоны практически удаётся скомпилять в раздельных
единицах трансляции? С применением вышеупомянутого Intel C++ мне удалось
скомпилировать шаблонную функцию объявленную в одном файле, а определённую в другом.
Как это выглядит (icc 8.1, Linux FC2)

/* file.cpp - определение функций шаблона */

#include <stdio.h>
#include <typeinfo>
 
export template <class T> T f (T a)
  {
  printf ("type of v : %s\n", typeid (a).name ());
  return a + 1;
  }

/* main.cpp - использование шаблона */

export template<class T> T f (T);
 
float s = 3.1415;
double d = 2.71828;
const char * c = "hello world\n";
 
int main ()
  {
  f (s);
  f (d);
  f (c);
  return 0;
  }

командная строка:

[user@work template]$ icpc -export -export_dir ./ -c file.cpp
[user@work template]$ icpc -export -export_dir ./ -c main.cpp
[user@work template]$ icpc -export -export_dir ./ file.o main.o -o test
[user@work template]$ ./test
type of v : f
type of v : d
type of v : PKc


ну и так должен выглядеть правильно код, приведённый в самом начале темы,
что бы он был правильно понят компилятором:

/* file.h - описание шаблона */

template <class T> class C
   {
   public :
   C (void);
   private :
   T t;
   };
 
export template <class T> C <T> :: C (void);

/* file.cpp - определение функций шаблона */

#include <stdio.h>
#include <typeinfo>
 
export template <class T> C<T> :: C (void) : t (1.4142)
  {
  t += 1;
  printf (" v = %f, type = %s\n", t, typeid (t).name ());
  }

/* main.cpp - использование шаблона */

#include "file.h"
 
C<float> c;
 
int main (int, char *[])
  {
  return 0;
  }

командная строка :
[user@work template]$ icpc -export -export_dir ./ -c file.cpp
[user@work template]$ icpc -export -export_dir ./ -c main.cpp
[user@work template]$ icpc -export -export_dir ./ file.o main.o -o test
[user@work template]$ ./test
v = 2.414200, type = f

Да только, как уже было показано выше, такой код очень немногим компиляторам по зубам.

Успехов всем!

Сообщение отредактировано: antigen - 29.05.10, 16:49

[BioUnit]

Цитата antigen @ 25.02.06, 13:55

Из мне известных компиляторов, которые могут осилить такой код, могу назвать только
- Intel C++ (версии, выпущеные позже октября 2004 г.)
[список может быть продолжен]

Я бы отнесстя к поддержке такой возможности весьма скептически...
Может, лишь самые простейшие случаи...

[antigen]

Цитата BioUnit @ 26.02.06, 21:36

Я бы отнесстя к поддержке такой возможности весьма скептически...
Может, лишь самые простейшие случаи...

Совершенно верно. Хелловорлд работает, а чо чуть посложнее - уже не компилируется.
Возможно в более свежих весриях эта поддержка будет улучшена.

[T0ad]

Цитата antigen @ 25.02.06, 13:55

второй вариант: частичная специализация. Если известо, какой тип будет параметром заполнения шаблона,
то можно явно сгенерить его методы в отдельной единице трансляции:
/* file.h - описание шаблона */

template <class T> class C
   {
   public :
   C (void);
   private :
   T t;
   };
template <> C <float>::C(void);

template <> C <float>::C(void) это НЕ частичная специализация, а явная(полная) специализация члена(конструктора в данном случае). Более красиво вариант 2 реализуется директивой явного инстанцирования.
Обобщю немного сказанное, существует несколько способов организации исходного кода шаблонов:
1. Наиболее популярный подход - модель включения(inclusion model), определения шаблонов полностью размещаются в заголовочном файле.
2. Модель явного инстанцирования(explicit instantiation model), как правило реализуется директивой явного инстанцирования (explicit instantiation directive).
3. Модель разделения шаблонов(separation model), реализуется с помощью export.

Сообщение отредактировано: T0ad - 22.01.08, 14:15

[antigen]

Почему разработчики компиляторов не торопятся с поддержкой экспорта шаблонов. Герб Саттер рассказывает какие трудности возникают при решении этой задачи.

[antigen]

Возможность разносить описание шаблона и его использование по разным единицам трансляции так же предоставляет сановский компилятор (входящий в состав Sun Studio). Правда на ключевое слово "export" компилятор кладёт толстый болт, выдавая варнинг - "Export ignored -- not yet implemented.", но при этом сама такая возможность (определение шаблона - в заголовке, описание шаблона - в одном файле, использование - в другом) - реализована.

Сообщение отредактировано: antigen - 29.05.10, 16:57

[Qraizer]

Цитата antigen @ 29.05.10, 16:56

(определение шаблона - в заголовке, описание шаблона - в одном файле, использование - в другом)

Ты, наверно, имел в виду, "объявление шаблона - в заголовке, определение шаблона - в одном файле, использование - в другом"? B.V., кажись, 8-ая фаза с её 3-им способом в действии.

[antigen]

Цитата Qraizer @ 30.05.10, 01:50

определение шаблона - в одном файле, использование - в другом

Да, да, именно так. И именно в такой форме, в какой с ней сталкиваются чаще всего:

/* file.h:*/
template <class T> T func (T);
/* end of file.h */
 
/* file.cpp: */
#include "file.h"
 
template <class T> T func (T t)
   {
   return t + t;
   }
 
/* end of file.cpp */
 
/* main.cpp: */
#include "file.h"
 
int main ()
    {
    float f;
    double d;
    func (f); // OK - Sun CC
    func (d); // OK - Sun CC
    }
/* end of main.cpp */

[B.V.]

Цитата Qraizer @ 30.05.10, 01:50

B.V., кажись, 8-ая фаза с её 3-им способом в действии.

Компилить на левом компиляторе только ради этой штуки -- да ну. Остановился на явных инстанцированиях. Не так изящно и универсально, но проще, чем переходить на Sun'овский или Intel'овский компиль

[Qraizer]

B.V., ну я не в том смысле, мол, хватай и пользуй. Я в том, что всё-таки есть такие. Хотя юы один.