c++ - 什么时候实例化模板类的成员函数？

Question

考虑以下示例:

template<typename T>
class Base
{
public:
  inline void fooBase ()
  {
    T t; // The following error only occurs when class ABC is not defined at the end of the file: "error: t uses undefined class ABC"
  }
protected:
};

class ABC;
class DEF;

class Derived : public Base<ABC>
{
public:
  void fooDerived ()
  {
    DEF def; // error: def uses undefined class DEF
  }
};

Derived derived;
void foo ()
{
  derived.fooBase ();
}

class ABC {};
class DEF {};

问题

为什么编译器对类 ABC 感到满意只在文件末尾定义？

为什么声明时不需要定义Derived ，也不是在声明全局 foo 时功能？

什么时候实例化模板类的成员函数？即使函数被显式地设置为内联，在 foo () 中调用该函数后，该函数似乎已被实例化(在文件末尾)。 .

这种行为是标准的 C++ 吗？如果是这样，它是否取决于使用的 C++ 版本？

请注意 fooDerived按预期生成错误:在使用该类之前应该(完全)定义该类。

请注意，没有必要分别回答所有问题，因为它们是同一问题的不同表述。

测试环境:

MSVC(但我对跨平台合规性感兴趣。)

它似乎可以在三个主要编译器(GCC、CLang 和 MSVC)上运行(除了 DEF def; 和预期的一样):https://godbolt.org/z/z_c7mc

Answer 1

When are member functions of a templated class instantiated?

声明类模板特化的成员函数与类特化一起实例化，但 定义 仅在需要时实例化。通常在调用成员函数时。只要没有使用成员函数，定义就可能没有被实例化。

您的示例调用成员函数，因此必须实例化定义。

然而，特化的成员函数可能有多个实例化点。一个紧接在使用之前，但另一个(总是添加的)在翻译单元的末尾

[temp.point] (emphasis mine)

8 A specialization for a function template, a member function template, or of a member function or static data member of a class template may have multiple points of instantiations within a translation unit, and in addition to the points of instantiation described above, for any such specialization that has a point of instantiation within the translation unit, the end of the translation unit is also considered a point of instantiation. A specialization for a class template has at most one point of instantiation within a translation unit. A specialization for any template may have points of instantiation in multiple translation units. If two different points of instantiation give a template specialization different meanings according to the one-definition rule, the program is ill-formed, no diagnostic required.

这让我进入下一点， fooBase在您显示的翻译单元中有两个实例化点。合一 ABC是不完整的，而在另一个它已经完成。在上面的段落下，您的程序格式错误，不需要诊断。编译器可以对违规保持沉默，同时发出一些似乎有效的代码。但这并不能使程序有效。如果将来更新标准以要求在这种情况下进行诊断，则非法代码将无法构建。如果编译器希望诊断它，它现在甚至可能会失败。