面试题：C++ 类声明与实现分离下的模板类设计

问题阐述

链接错误：在普通类中，编译器会将类的声明和实现分开处理，在链接阶段将它们结合起来。但对于模板类，编译器需要在实例化模板时知道完整的模板定义。如果模板类的声明和实现分离，编译器在实例化模板的地方可能无法找到模板的实现，从而导致链接错误。例如，假设我们有一个模板类 MyTemplate 的声明在 MyTemplate.h 文件中，实现放在 MyTemplate.cpp 文件中。当在另一个源文件中实例化 MyTemplate<int> 时，编译器在 MyTemplate.cpp 中找不到 MyTemplate<int> 的具体实现，因为模板实例化是在使用它的地方进行的，而不是在 MyTemplate.cpp 编译时进行。
重复实例化：如果在多个源文件中包含模板类的声明，并在每个源文件中都尝试实例化相同的模板类型，可能会导致重复实例化。虽然链接器通常能够处理重复的模板实例化定义，但这会增加编译时间和可执行文件的大小。

解决方法

包含实现文件：将模板类的实现放在头文件中，然后在声明模板类的头文件中包含该实现文件。例如，将 MyTemplate 的实现放在 MyTemplateImpl.h 中，在 MyTemplate.h 中使用 #include "MyTemplateImpl.h"。这样，当其他源文件包含 MyTemplate.h 时，模板的实现也会被包含进来，编译器在实例化模板时就能找到完整的定义。
```
// MyTemplate.h
#ifndef MY_TEMPLATE_H
#define MY_TEMPLATE_H

template <typename T>
class MyTemplate {
public:
    void doSomething(T value);
};

#include "MyTemplateImpl.h"

#endif
```
```
// MyTemplateImpl.h
template <typename T>
void MyTemplate<T>::doSomething(T value) {
    // 具体实现
}
```
显式实例化：在一个源文件中显式实例化需要的模板类型。例如，在 MyTemplate.cpp 中：
```
#include "MyTemplate.h"

template class MyTemplate<int>;
template class MyTemplate<double>;
```
然后在其他源文件中只包含 MyTemplate.h 进行使用。这样可以避免在多个源文件中重复实例化，但缺点是需要提前知道所有要实例化的类型。
导出模板（C++ 标准未广泛支持）：C++ 标准曾提出过 export 关键字来处理模板声明与实现分离的问题，但该特性在主流编译器中支持并不完善。语法上，在模板类声明前加上 export 关键字，在实现文件中也同样使用 export 声明模板类的实现。但由于其支持度不佳，实际开发中较少使用。
```
// MyTemplate.h
export template <typename T>
class MyTemplate {
public:
    void doSomething(T value);
};
```
```
// MyTemplate.cpp
export template <typename T>
void MyTemplate<T>::doSomething(T value) {
    // 具体实现
}
```

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面试题：C++ 类声明与实现分离下的模板类设计

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