运算符重载 c++ / 在哪里放置我的代码？

Question

今天我超载了<<我的一个类中的运算符：

#ifndef TERMINALLOG_HH
#define TERMINALLOG_HH

using namespace std;

class Terminallog {
public:

    Terminallog();
    Terminallog(int);
    virtual ~Terminallog();

    template <class T>
    Terminallog &operator<<(const T &v);

private:

};

#endif

如您所见，我在头文件中定义了重载运算符，然后继续在我的 .cc 文件中实现它：

//stripped code

template <class T>
Terminallog &Terminallog::operator<<(const T &v) {
    cout << endl;
    this->indent();
    cout << v;
    return *this;
}

//stripped code

之后我使用我的新类创建了一个 main.cpp 文件：

#include "inc/terminallog.hh"

int main() {
    Terminallog clog(3);
    clog << "bla";
    clog << "bla";
    return 0;
}

然后我继续编译：

g++ src/terminallog.cc inc/terminallog.hh testmain.cpp -o test -Wall -Werror 
/tmp/cckCmxai.o: In function `main':
testmain.cpp:(.text+0x1ca): undefined reference to `Terminallog& Terminallog::operator<< <char [4]>(char const (&) [4])'
testmain.cpp:(.text+0x1de): undefined reference to `Terminallog& Terminallog::operator<< <char [4]>(char const (&) [4])'
collect2: ld returned 1 exit status

嘭！一个愚蠢的链接器错误，我仍然不知道它来自哪里。我玩了一下，发现将重载运算符的实现放入头文件中可以解决所有问题。现在我比以前更困惑了。

为什么我不能将重载运算符的实现放入我的 .cc 文件中？为什么我把它放到我的头文件中就运行得很顺利？

困惑提前感谢

ftiaronsem

Answer 1

编译器必须看到实现才能使用模板。通常这意味着您将其放在标题中。

Answer 2

可以在 cpp 文件中保留实现，但您需要为您使用的每种类型声明模板的用法。请参阅 Parashift C++ 常见问题解答了解更详细的说明。

在您的情况下，您必须在 cpp 文件中的某个位置写入该行：

template Terminallog &Terminallog::operator<<(const char* &v);

Answer 3

除了@Bo 的回答之外：您应该阅读 C++ FAQ Lite 中的文章： http://www.parashift.com/c++-faq-lite/templates.html#faq-35.12 等等。

Answer 4

模板有一个特殊的属性：它们的“实现”可以被认为是它们签名的一部分。

如果编译器在您的示例中仅看到

Terminallog &operator<<(const T &v);

您可以使用运算符<<的行绝对有任何东西！我的字面意思是苹果和李子。
那个操作员一定是万能的！

然而，您的运算符实现需要一种可以通过管道传输到 cout 的类型！
对于许多类型来说并非如此！尝试将 Terminallog 类通过管道传输到 cout 中。
那是行不通的。编译器只能检查这种合规性，
如果你告诉它你想用 T 做什么。

第二部分：
了解#include 的作用。
C/C++（遗憾的是）不知道接口和实现之间有什么真正的区别，它没有模块系统。 headers、cpps都只是一个约定。就可以愉快的写了
#include。没有什么能阻止你。
#include"inc/terminallog.hh" 语句只是将标头的所有内容转储到当前文件中（以及其中 #included 的所有内容）。这是我们使用 include 保护的一个稍微令人沮丧的原因 #ifndef TERMINALLOG_HH 因为像 string 或类似的标头可能会被转储到我们的文件中一百次或更多次，并且编译器会不断地抛出重新定义错误。
实际上，如果您添加了`#include，它很可能会消除您的错误，因为 Terminallog 的实现现在也被转储了。
编译器逐一检查实现文件，引入包含文件，
并通过一次很长的传球将它们贯穿。然后它或多或少地忘记了刚刚所做的一切，并继续执行下一个实现文件，引入包含内容，然后继续前进。

它首先编译 Terminallog.cc，查找其中所有内容的代码以及模板的其余部分。但它不会生成 Terminallog::operator<<(string) ，因为它从未在那里使用过。

从第 1 部分和第 2 部分可以看出，当编译器编译 testMain.cpp 时，
在terminallog.hh中转储之后，这就是它必须处理的内容：

class Terminallog {
public:

    Terminallog();
    Terminallog(int);
    virtual ~Terminallog();

    template <class T>
    Terminallog &operator<<(const T &v);

private:

};

int main() {
    Terminallog clog(3);
    clog << "bla";
    clog << "bla";
    return 0;
}

从编译器的角度来看，一切看起来都很酷。运算符<<有一个模板参数，
因此编译器为operator<<(T = const string)编写一个调用标记，
与constructor(int)完全相同。它看不到实现并且不关心。瞧，你的全能接线员。
它不知道 T 必须有一个运算符 <<此时与 ostream 一起！尽管如此，这是合法的，它只是希望您能够向它提供一些关于实际应该生成哪些代码的提示，如果不在这个文件中，也许在下一个文件中，也许在上一个文件中。链接器会知道。编译器只记住“如果我找到一个函数体模板，我将使用 T=string 为其生成代码”。但不幸的是它永远没有机会。

然后链接器运行，替换调用构造函数(int)标记，搜索是否找到它的实现，并在terminallog.cc.o中找到它。
然后它尝试查找从未生成的 Terminallog::operator<<(string) 。不在这里，不在terminallog.cc.o，无处可去，而且惨败。

仅当编译器也看到函数体时，它才会为模板函数生成代码。你可以尝试简单地做
终端日志堵塞(3)；
木屐<< “布拉”；
在terminallog.cc中Terminallog的构造函数中。
当编译器看到它时，它将生成 Terminallog::operator<<(string)，链接器将在编译后的terminallog.cc.o 目标文件中找到它。

这应该告诉您，您必须向标头中的函数提供主体，以便可以将其转储到使用它的每个 .cc 文件中，并且编译器可以即时生成它所需的内容。
否则你必须猜测 T 可能会传入什么，这比稍微臃肿的头文件更麻烦。

（我在这里写的内容有一些简化和不准确的地方，但其要点应该是合理的。）