首先，C++標(biāo)準(zhǔn)中提到，一個(gè)編譯單元[translation unit]是指一個(gè).cpp文件以及它所include的所有.h文件，.h文件里的代碼將會(huì)被擴(kuò)展到包含它的.cpp文件里，然后編譯器編譯該.cpp文件為一個(gè).obj文件，后者擁有PE[Portable Executable,即windows可執(zhí)行文件]文件格式，并且本身包含的就已經(jīng)是二進(jìn)制碼，但是，不一定能夠執(zhí)行，因?yàn)椴⒉槐ＷC其中一定有main函數(shù)。當(dāng)編譯器將一個(gè)工程里的所有.cpp文件以分離的方式編譯完畢后，再由連接器(linker)進(jìn)行連接成為一個(gè).exe文件。
舉個(gè)例子：
//---------------test.h-------------------//
void f();//這里聲明一個(gè)函數(shù)f
//---------------test.cpp--------------//
#include”test.h”
void f()
{
…//do something
} //這里實(shí)現(xiàn)出test.h中聲明的f函數(shù)
//---------------main.cpp--------------//
#include”test.h”
int main()
{
f(); //調(diào)用f，f具有外部連接類型
}
在這個(gè)例子中，test. cpp和main.cpp各被編譯成為不同的.obj文件[姑且命名為test.obj和main.obj]，在main.cpp中，調(diào)用了f函數(shù)，然而當(dāng)編譯器編譯main.cpp時(shí)，它所僅僅知道的只是main.cpp中所包含的test.h文件中的一個(gè)關(guān)于void f();的聲明，所以，編譯器將這里的f看作外部連接類型，即認(rèn)為它的函數(shù)實(shí)現(xiàn)代碼在另一個(gè).obj文件中，本例也就是test.obj，也就是說(shuō)，main.obj中實(shí)際沒(méi)有關(guān)于f函數(shù)的哪怕一行二進(jìn)制代碼，而這些代碼實(shí)際存在于test.cpp所編譯成的test.obj中。在main.obj中對(duì)f的調(diào)用只會(huì)生成一行call指令，像這樣：
call f [C++中這個(gè)名字當(dāng)然是經(jīng)過(guò)mangling[處理]過(guò)的]
在編譯時(shí)，這個(gè)call指令顯然是錯(cuò)誤的，因?yàn)?/SPAN>main.obj中并無(wú)一行f的實(shí)現(xiàn)代碼。那怎么辦呢？這就是連接器的任務(wù)，連接器負(fù)責(zé)在其它的.obj中[本例為test.obj]尋找f的實(shí)現(xiàn)代碼，找到以后將call f這個(gè)指令的調(diào)用地址換成實(shí)際的f的函數(shù)進(jìn)入點(diǎn)地址。需要注意的是：連接器實(shí)際上將工程里的.obj“連接”成了一個(gè).exe文件，而它最關(guān)鍵的任務(wù)就是上面說(shuō)的，尋找一個(gè)外部連接符號(hào)在另一個(gè).obj中的地址，然后替換原來(lái)的“虛假”地址。
這個(gè)過(guò)程如果說(shuō)的更深入就是：
call f這行指令其實(shí)并不是這樣的，它實(shí)際上是所謂的stub，也就是一個(gè)
jmp 0x23423[這個(gè)地址可能是任意的，然而關(guān)鍵是這個(gè)地址上有一行指令來(lái)進(jìn)行真正的call f動(dòng)作。也就是說(shuō)，這個(gè).obj文件里面所有對(duì)f的調(diào)用都jmp向同一個(gè)地址，在后者那兒才真正”call”f。這樣做的好處就是連接器修改地址時(shí)只要對(duì)后者的call XXX地址作改動(dòng)就行了。但是，連接器是如何找到f的實(shí)際地址的呢[在本例中這處于test.obj中]，因?yàn)?/SPAN>.obj于.exe的格式都是一樣的，在這樣的文件中有一個(gè)符號(hào)導(dǎo)入表和符號(hào)導(dǎo)出表[import table和export table]其中將所有符號(hào)和它們的地址關(guān)聯(lián)起來(lái)。這樣連接器只要在test.obj的符號(hào)導(dǎo)出表中尋找符號(hào)f[當(dāng)然C++對(duì)f作了mangling]的地址就行了，然后作一些偏移量處理后[因?yàn)槭菍蓚€(gè).obj文件合并，當(dāng)然地址會(huì)有一定的偏移，這個(gè)連接器清楚]寫(xiě)入main.obj中的符號(hào)導(dǎo)入表中f所占有的那一項(xiàng)。
這就是大概的過(guò)程。其中關(guān)鍵就是：
編譯main.cpp時(shí)，編譯器不知道f的實(shí)現(xiàn)，所有當(dāng)碰到對(duì)它的調(diào)用時(shí)只是給出一個(gè)指示，指示連接器應(yīng)該為它尋找f的實(shí)現(xiàn)體。這也就是說(shuō)main.obj中沒(méi)有關(guān)于f的任何一行二進(jìn)制代碼。
編譯test.cpp時(shí)，編譯器找到了f的實(shí)現(xiàn)。于是乎f的實(shí)現(xiàn)[二進(jìn)制代碼]出現(xiàn)在test.obj里。
連接時(shí)，連接器在test.obj中找到f的實(shí)現(xiàn)代碼[二進(jìn)制]的地址[通過(guò)符號(hào)導(dǎo)出表]。然后將main.obj中懸而未決的call XXX地址改成f實(shí)際的地址。
完成。
然而，對(duì)于模板，你知道，模板函數(shù)的代碼其實(shí)并不能直接編譯成二進(jìn)制代碼，其中要有一個(gè)“具現(xiàn)化”的過(guò)程。舉個(gè)例子：
//----------main.cpp------//
template<class T>
void f(T t)
{}
int main()
{
…//do something
f(10); //call f<int> 編譯器在這里決定給f一個(gè)f<int>的具現(xiàn)體
…//do other thing
}
也就是說(shuō)，如果你在main.cpp文件中沒(méi)有調(diào)用過(guò)f，f也就得不到具現(xiàn)，從而main.obj中也就沒(méi)有關(guān)于f的任意一行二進(jìn)制代碼??！如果你這樣調(diào)用了：
f(10); //f<int>得以具現(xiàn)化出來(lái)
f(10.0); //f<double>得以具現(xiàn)化出來(lái)
這樣main.obj中也就有了f<int>,f<double>兩個(gè)函數(shù)的二進(jìn)制代碼段。以此類推。
然而具現(xiàn)化要求編譯器知道模板的定義，不是嗎？
看下面的例子：[將模板和它的實(shí)現(xiàn)分離]
//-------------test.h----------------//
template<class T>
class A
{
public:
void f(); //這里只是個(gè)聲明
};
//---------------test.cpp-------------//
#include”test.h”
template<class T>
void A<T>::f() //模板的實(shí)現(xiàn)，但注意：不是具現(xiàn)
{
…//do something
}
//---------------main.cpp---------------//
#include”test.h”
int main()
{
A<int> a;
a. f(); //編譯器在這里并不知道A<int>::f的定義，因?yàn)樗辉?/SPAN>test.h里面
//于是編譯器只好寄希望于連接器，希望它能夠在其他.obj里面找到
//A<int>::f的實(shí)現(xiàn)體,在本例中就是test.obj，然而，后者中真有A<int>::f的
//二進(jìn)制代碼嗎？NO?。?！因?yàn)?/SPAN>C++標(biāo)準(zhǔn)明確表示，當(dāng)一個(gè)模板不被用到的時(shí)
//侯它就不該被具現(xiàn)出來(lái)，test.cpp中用到了A<int>::f了嗎？沒(méi)有！！所以實(shí)
//際上test.cpp編譯出來(lái)的test.obj文件中關(guān)于A::f的一行二進(jìn)制代碼也沒(méi)有
//于是連接器就傻眼了，只好給出一個(gè)連接錯(cuò)誤
//但是，如果在test.cpp中寫(xiě)一個(gè)函數(shù)，其中調(diào)用A<int>::f，則編譯器會(huì)將其//具現(xiàn)出來(lái)，因?yàn)樵谶@個(gè)點(diǎn)上[test.cpp中]，編譯器知道模板的定義，所以能//夠具現(xiàn)化，于是，test.obj的符號(hào)導(dǎo)出表中就有了A<int>::f這個(gè)符號(hào)的地
//址，于是連接器就能夠完成任務(wù)。
}
關(guān)鍵是：在分離式編譯的環(huán)境下，編譯器編譯某一個(gè).cpp文件時(shí)并不知道另一個(gè).cpp文件的存在，也不會(huì)去查找[當(dāng)遇到未決符號(hào)時(shí)它會(huì)寄希望于連接器]。這種模式在沒(méi)有模板的情況下運(yùn)行良好，但遇到模板時(shí)就傻眼了，因?yàn)槟０鍍H在需要的時(shí)候才會(huì)具現(xiàn)化出來(lái)，所以，當(dāng)編譯器只看到模板的聲明時(shí)，它不能具現(xiàn)化該模板，只能創(chuàng)建一個(gè)具有外部連接的符號(hào)并期待連接器能夠?qū)⒎?hào)的地址決議出來(lái)。然而當(dāng)實(shí)現(xiàn)該模板的.cpp文件中沒(méi)有用到模板的具現(xiàn)體時(shí)，編譯器懶得去具現(xiàn)，所以，整個(gè)工程的.obj中就找不到一行模板具現(xiàn)體的二進(jìn)制代碼，于是連接器也黔驢技窮了。