自动化显式模板实例化

Question

为了减少大量使用模板的项目的编译时间，我尝试在单独的编译单元中显式实例化许多模板。因为这些模板依赖于 enum class 成员，所以我能够列出所有可能的实例化。我希望所有其他 cpp 文件只看到声明。虽然我能够做到这一点，但我运行遇到了试图分解显式实例化的问题。我将首先解释下面的 2 个工作示例，以解释我的问题到底是什么（示例 3）：

示例 1

/* test.h
   Contains the function-template-declaration, not the implementation.
*/

enum class Enum
{
    Member1,
    Member2,
    Member3
};

struct Type
{
    template <Enum Value>
    int get() const;
};

/* test.cpp
   Only the declaration is visible -> needs to link against correct instantiation.
*/

#include "test.h"

int main() {
    std::cout << Type{}.get<Enum::Member1>() << '\n';
}

/* test.tpp 
   .tpp extension indicates that it contains template implementations.
*/

#include "test.h"

template <Enum Value>
int Type::get() const
{
    return static_cast<int>(Value); // silly implementation
}

/* instantiate.cpp
   Explicitly instantiate for each of the enum members.
*/

#include "test.tpp"

template int Type::get<Enum::Member1>() const;
template int Type::get<Enum::Member2>() const;
template int Type::get<Enum::Member3>() const;

如前所述，以上编译和链接没有问题。但是，在实际应用程序中，我有很多函数模板和更多的枚举成员。因此，我尝试通过将成员组合在一个新的 class 中来让我的生活更轻松一些，它本身取决于模板参数并为每个枚举值显式实例化此 class。

示例 2

// instantiate.cpp

#include "test.tpp"

template <Enum Value>
struct Instantiate
{
    using Function = int (Type::*)() const;
    static constexpr Function f1 = Type::get<Value>;
   
    // many more member-functions
};

template class Instantiate<Enum::Member1>;
template class Instantiate<Enum::Member2>;
template class Instantiate<Enum::Member3>;

这仍然有效（因为为了初始化一个指向成员的指针，这个成员必须被实例化），但是当enum-members的数量很大时，它仍然会很乱。现在我终于可以解决这个问题了。我想我可以通过定义一个新的 class-template 来进一步分解，该模板依赖于参数包，然后从包中的每个类型派生，如下所示：

示例 3

// instantiate.cpp

#include "test.tpp"

template <Enum Value>
struct Instantiate { /* same as before */ };

template <Enum ... Pack>
struct InstantiateAll:
    Instantiate<Pack> ...
{};

template class InstantiateAll<Enum::Member1, Enum::Member2, Enum::Member3>;

这应该行得通，对吧？为了实例化 InstantiateAll<...>，每个派生的 classes 都必须被实例化。至少，我是这么想的。上面的编译但导致链接器错误。在检查 instantiate.o 的符号 -table 和 nm 后，确认没有任何实例化。为什么不呢？

当然，我可以通过示例 2 得到，但它真的让我很好奇为什么事情会这样崩溃。

（使用 GCC 10.2.0 编译）

编辑：同样发生在 Clang 8.0.1 上（尽管我必须在分配函数指针时明确使用操作符地址：Function f1 = &Type::get<Value>;）

编辑：用户 2b-t 好心地通过 https://www.onlinegdb.com/HyGr7w0fv_ 提供了示例供人们试验。

Answer 1

我还不能给你一个很好的答案来说明为什么这不起作用（也许我可以稍后再做或者其他人可以）但不是让 Instantiate 和 InstantiateAll 有 只有一个可变参数 InstantiateAll 如下 works

template <Enum ... Pack>
struct InstantiateAll {
  using Function = int (Type::*)() const;
  static constexpr std::array<Function,sizeof...(Pack)> f = {&Type::get<Pack> ...};
};
template class InstantiateAll<Enum::Member1, Enum::Member2, Enum::Member3>;

试试看 here.

Answer 2

如果编译器发现代码未被引用，即使对于具有副作用的静态初始化，它也可以消除它，我认为您的示例就是这种情况。它可以“证明”未使用那些 class 实例化，因此副作用会丢失。

对于非标准解决方案，但适用于 g++（可能是 clang，但未经测试）的解决方案是使用“已使用”属性标记您的静态数据成员：

template <Enum Value>
struct Instantiate
{
    using Function = int (Type::*)() const;
    static constexpr Function f1 __attribute__((used)) = &Type::get<Value>;
   
    // many more member-functions
};

更新

查看标准，措辞似乎完全倒退了：

"If an object of static storage duration has initialization or a destructor with side effects, it shall not be eliminated even if it appears to be unused, except that a class object or its copy may be eliminated as specified in ..."

几十年来我一直在想这个问题，现在我不确定自己在想什么。 :) 但它似乎相关，因为该属性有帮助。但现在我必须了解发生了什么事。

自动化显式模板实例化

Automating explicit template instantiation

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