前言
最近编译C++代码时出现链接失败信息，类似下图：
初见这个错误有些令人费解，不过经过一番分析，发现原因还是清晰的，和大家一起分享一下。
图一中使用的tpl.h代码如下：
#pragma once
template <typename T>
int compare(const T& a, const T& b);tpl.cpp代码如下：
#include "tpl.h"
#include <iostream>
template <typename T>
int compare(const T& a, const T& b) {
if (a == b) {
return 0;
}
return (a > b) ? 1 : -1;
}main.cpp代码如下：
#include <iostream>
#include "tpl.h"
int main() {
int res = compare<int> (1, 2);
std::cout << res << std::endl;
}我一直习惯把模板实现写在头文件中，因此从未遇见这种错误。这次偶然将模板声明和实现分离，出现了链接错误。这引发了我一些思考，为什么模板不支持分离式编译？
模板的编译
为了搞清楚模板是怎么编译的，这里以上述tpl.cpp中的compare模板函数为例。tpl.h中声明了一个模板函数并且在tpl.cpp中实现这个模板函数。现在我们编译tpl.cpp，生成的汇编代码如下：
可以看出，一个模板如果没有被调用的时候，编译器不会对这部分代码做任何处理，一行指令都没有。实际上编译器也不知道要怎么处理这个模板。在没有调用之前，模板的参数类型是不确定的。
假如我们在tpl.cpp中增加调用compare的函数的test函数，如下：
int test() {
int res = compare<int> (1, 2);
std::cout << res << std::endl;
return res;
}再编译tpl.cpp就会发现，生成的汇编文件里面已经有了以int为参数的compare函数了，如下图：
链接错误问题分析
那么图一中的链接错误是怎么发生的？我们执行了g++ tpl.cpp main.cpp这个命令，大致会经过下面这三个步骤：
- 编译并且汇编tpl.cpp，生成tpl.o目标文件。
- 编译并且汇编main.cpp，生成main.o目标文件。
- 链接tpl.o和main.o生成可执行文件。
编译tpl.cpp已经分析过了，由于没有调用模板函数，因此编译器不会对模板做任何处理。实际上编译器根本不知道要怎么处理，因为模板里面的类型是不确定的。只有在调用的时候才会确定下来，这个时候编译器才知道这个函数长什么样，才会执行编译操作。
编译main.cpp的时候，由于模板compare已经声明但未实现，因此这里也不会生成具体代码，只会生成一个call指令。很显然这个call指令中的函数地址现在肯定是错误的，头文件tpl.h并没有去实现这个函数，需要依赖链接器将这个地址修改成正确的地址。
问题就出在编译tpl.cpp的时候模板没有实例化，编译器并没有编译这个函数，因此找在符号表中找不到这个函数的地址，链接器不知道要怎么处理，因此会出现链接错误。
如何改正
比较好的方式是在头文件中定义模板而不仅仅只是声明。
比如上面的tpl.h代码改成这样
#pragma once
template <typename T>
int compare(const T& a, const T& b) {
if (a == b) {
return 0;
}
return (a > b) ? 1 : -1;
}
就不会有链接问题了。
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