将“外部模板”与 third-party header-only 库一起使用

Question

我正在使用 glm library, which is a header-only collection of math utilities intended for 3D graphics. By using -ftime-trace on Clang and ClangBuildAnalyzer，我注意到实例化 glm 类型花费了大量时间：

**** Templates that took longest to instantiate:
 16872 ms: glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp> (78 times, avg 216 ms)
 15675 ms: glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp> (78 times, avg 200 ms)
 15578 ms: glm::vec<4, float, glm::packed_highp> (78 times, avg 199 ms)

...

所以，我决定为 glm 创建一个包装器 header/source 对，并使用 extern template 来避免不必要的实例化：

// glmwrapper.h

#pragma once

#include <glm.hpp>

extern template struct glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp>;
extern template struct glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp>;
extern template struct glm::vec<4, float, glm::packed_highp>;

// glmwrapper.cpp

template struct glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp>;
template struct glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp>;
template struct glm::vec<4, float, glm::packed_highp>;

现在，在我的项目中，我不再包含 <glm.hpp>，而是包含 "glmwrapper.h"。不幸的是，这并没有改变任何东西。再次使用 -ftime-trace 和 ClangBuildAnalyzer 会报告相同数量的实例化。也没有可测量的编译时间差异。

我怀疑这是因为 #include <glm.hpp> 实际上最终包含了模板定义，此时后续的 extern template 声明只是多余的.

有没有办法不用修改glm库就可以达到我想要的效果？

在伪代码中，我有点想要这样的东西：

// glmwrapper.h (psuedocode)

#pragma once

#include <glm.hpp>

// Make definition of the templates unavailable:
undefine template struct glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp>;
undefine template struct glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp>;
undefine template struct glm::vec<4, float, glm::packed_highp>;

// Make declaration of the templates available:
extern template struct glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp>;
extern template struct glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp>;
extern template struct glm::vec<4, float, glm::packed_highp>;

// glmwrapper.cpp (psuedocode)

// Define templates only in the `.cpp`, not in the header:
template struct glm::vec<4, signed char, glm::packed_highp>;
template struct glm::vec<4, unsigned char, glm::packed_highp>;
template struct glm::vec<4, float, glm::packed_highp>;

Answer 1

不幸的是，没有办法避免这些实例化。 class 模板的显式实例化声明不会阻止该模板的（隐式）实例化；它只是阻止实例化其非内联、非模板成员函数（通常是 none 个成员函数！），因为其他一些翻译单元将提供实际的函数符号和目标代码。

不是看到模板定义导致实例化（哪个特化会被实例化？）。原因是要求 class 完整的代码仍然需要知道它的 layout 和成员函数声明（用于重载决议），并且通常没有办法知道那些没有实例化 class:

template<class T> struct A : T::B {
  typename std::conditional<sizeof(T)<8,long,short>::type first;
  typename T::X second;
  A() noexcept(T::y)=default;  // perhaps deleted
  using T::B::foo;
  void foo(T);
  // and so on…
};

void f() {A<C> a; a.foo(a.first);}  // …maybe?

这种“透明度”也扩展到模板化实体的several other kinds：如果编译需要模板的定义，则为[=21=生成的符号]linker 无关紧要。

好消息是 C++20 的 modules 应该有助于解决这样的情况：模块接口中的显式实例化 definition将导致典型的实现将实例化的 class 定义与其余模块接口数据一起缓存，避免在导入翻译单元时同时进行解析和实例化。模块还删除了 class 中定义的 class 成员和朋友的隐式 inline（这在很长一段时间内都没有多大意义），增加了数量（或者，换句话说，显式实例化声明阻止隐式实例化的函数的便利性。

将“外部模板”与 third-party header-only 库一起使用

Using `extern template` with third-party header-only library

c++

templates

extern

explicit-instantiation

c++11