如何使用C++模块：带模板的私有片段？

Question

我正在尝试 C++20，以更好地了解它们在实践中的工作原理。我了解了

module :private

片段，它可用于将接口与实现分开，同时将两者保留在同一个文件中。这似乎适用于标准函数，但不适用于模板函数。

我有以下文件：

// File "main.cpp"

#include <iostream>

import mymodule;

int main()
{
    std::cout << "greeting(): " << mymodule::greetings() << std::endl;
    int x = 1;
    int y = 2;
    std::cout << "add(x, y): " << mymodule::add(x, y) << std::endl;
}

// File "mymodule.ixx"

module;

#include <string>

// declare interface
export module mymodule;

export namespace mymodule {
    template<typename T>
    T add(T x, T y);

    std::string greetings();
}

// implement interface
module :private;

std::string mymodule::greetings() {
    return "hello";
}

template<typename T>
T mymodule::add(T x, T y) {
    return x + y;
}

并获得编译器警告和链接器错误（使用 Visual Studio 2022、MSVC）：

Rebuild started...
1>------ Rebuild All started: Project: PlayingWithModules, Configuration: Debug x64 ------
1>Scanning sources for module dependencies...
1>mymodule.ixx
1>Compiling...
1>mymodule.ixx
1>C:\Users\Sam\Development\Cpp\Sandbox\PlayingWithModules\mymodule.ixx(29,13): warning C5226: 'mymodule::add': exported template defined in private module fragment has no reachable instantiation
1>main.cpp
1>main.obj : error LNK2019: unresolved external symbol "int __cdecl mymodule::add<int>(int,int)" (??$add@H@mymodule@@YAHHH@Z::<!mymodule>) referenced in function main
1>C:\Users\Sam\Development\Cpp\Sandbox\x64\Debug\PlayingWithModules.exe : fatal error LNK1120: 1 unresolved externals
1>Done building project "PlayingWithModules.vcxproj" -- FAILED.
========== Rebuild All: 0 succeeded, 1 failed, 0 skipped ==========

我的理解是

mymodule::greetings()

没问题，但是

mymodule::add(x, y)

不行，因为编译器看不到函数调用

mymodule::<int, int>(x, y)

，导致没有生成函数

<int, int>

。

---

如果我将模板函数实现为接口的一部分：

module;

#include <string>

// declare interface
export module mymodule;

export namespace mymodule {
    template<typename T>
    T add(T x, T y) {
        return x + y;
    }

    std::string greetings();
}

// implement interface
module :private;

std::string mymodule::greetings() {
    return "hello";
}

然后一切都会按预期编译并运行。

---

是否可以将

module :private

与函数模板一起使用，如果可以，如何使用？或者模板函数应该始终作为接口的一部分来实现吗？我无法在线找到有关模块上下文中模板使用的详细信息，也无法找到对我收到的编译器警告的引用。

Answer 1

模块不会改变 C++ 的本质，只是改变你访问不同组件的方式。

C++ 本质的一部分是，为了让翻译单元使用模板，该翻译单元必须有权访问该模板的“定义”。模块不会改变这一点。 私有模块片段具体包含“不”属于模块接口的部分。这就是它们的全部要点：能够将不属于界面一部分的东西粘贴到模块文件中。

因此，私有模块片段只能包含您将放入传统 .cpp 文件中的内容。事实上，这就是它们存在的原因：这样（对于短模块）您可以将所有常用的 .cpp 内容放在一个文件中，而不会影响模块生成的内容。

是否可以将

module :private

与函数模板一起使用，如果可以，如何使用？

Answer 2

是的！，这是可能的，但前提是您为所需的每种类型显式实例化模板。

显式实例化类似于完整模板专业化的声明，不同之处在于 

省略关键字

template

后面的尖括号

请参阅 CppReference 中的函数模板实例化

和

类模板实例化。 在下面的示例中，我为 add 和

int

实例化了函数模板

double

（来自 OP）。

// Instantiate `add` for types `int` and `double`.
template
int mymodule::add<int>(int, int);
template
double mymodule::add<double>(double, double);

如果类型可以推导，则可以完全省略

<int>

 和 

<double>

。

// A more consise way to instantiate the template.
template
int mymodule::add(int, int);
template
double mymodule::add(double, double);

这些显式模板实例化应放置在私有模块片段中，位于函数模板定义的正下方。

接下来是您使用私有模块片段的原始尝试。我唯一添加的是两个显式实例化。

// File "mymodule.ixx"
module;
#include <string>

// declare interface
export module mymodule;

export namespace mymodule
{
    template<typename T>
    T add(T x, T y);

    std::string greetings();
}

// implement interface
module :private;

std::string mymodule::greetings() {
    return "hello";
}

template<typename T>
T mymodule::add(T x, T y) {
    return x + y;
}

// instantiate template for types `int` and `double`
template
int mymodule::add(int, int);
template
double mymodule::add(double, double);

将类型

double

 的测试添加到函数 

main

中可以得到以下结果：

// File "main.cpp"
#include <iostream>
import mymodule;

int main()
{
    std::cout << "greeting(): " << mymodule::greetings() << std::endl;
    int x = 1;
    int y = 2;
    std::cout << "add(x, y): " << mymodule::add(x, y) << std::endl;
    double a = 1.5;
    double b = 0.25;
    std::cout << "add(a, b): " << mymodule::add(a, b) << std::endl;
}

这是输出：

greeting(): hello
add(x, y): 3
add(a, b): 1.75

显式实例化也适用于

.hpp

 和 

.cpp

文件相同的程序可以在没有模块的情况下进行编码。

// mymodule.hpp
#ifndef MYMODULE_HPP
#define MYMODULE_HPP
#include <string>
namespace mymodule
{
    template<typename T>
    T add(T x, T y);

    std::string greetings();
}
#endif

// mymodule.cpp
#include <string>
#include "mymodule.hpp"

std::string mymodule::greetings() {
    return "hello";
}

template<typename T>
T mymodule::add(T x, T y) {
    return x + y;
}

// instantiate template for type `int`
template
int mymodule::add<int>(int, int);
template
double mymodule::add<double>(double, double);

对文件

main.cpp

的唯一更改是删除导入语句，并将其替换为老式的包含指令：

#include "mymodule.hpp"