C++ 模板类编译过程中出现“undefined reference to”问题

问题描述

C++在使用模板(template)类的时候，如果将类的成员函数的声明和实现分别放在.h头文件和.cpp源文件中，编译时会报错undefined reference xxx，找不到对应成员函数。

起因

.h文件中类的声明为：

// 线程池，定义成模板类，为了代码的复用
template <typename T>
class ThreadPool {
    ...
  public:
    bool append(T *request);
    ...
};

.cpp文件中成员函数的实现为：

template <typename T>
bool ThreadPool<T>::append(T *request) {
    // 操作工作队列时一定要加锁，因为它被所有线程共享
    queue_locker_.lock();
    if (work_queue_.size() > max_requests_) {
        queue_locker_.unlock();
        return false;
    }

    work_queue_.push_back(request);
    queue_locker_.unlock();
    queue_sta_.post();
    return true;
}

直接使用g++编译，会报错：

原因分析

template其实是一种类似语法糖的东西，C++中每一个对象所占用的空间大小，是在编译的时候就确定的，在模板类没有真正的被使用之前，编译器是无法知道，模板类中使用模板类型的对象的所占用的空间的大小的。只有模板被真正使用的时候，编译器才知道，模板套用的是什么类型，应该分配多少空间。这也就是模板类为什么只是称之为模板，而不是泛型的缘故。

即ThreadPool<int>和Thread<HttpConn>是两个不同的类型，其成员函数也是两个不同的成员函数。

在编译thread_pool.cpp时，编译器会去查找对类Thread<HttpConn>的声明，如果找不到这个声明，那么就报错了。

解决方案

在成员函数的实现的代码所在的源文件的开头，声明该类，即添加：

template class ThreadPool<HttpConn>;

或者将函数的实现也写在头文件中（不推荐）。