首先，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（假定我們的平臺(tái)是win32），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：

 1//---------------test.h-------------------//
 2void f();//這里聲明一個(gè)函數(shù)f
 3 
 4//---------------test.cpp--------------//
 5#include”test.h”
 6void f()
 7{
 8…//do something
 9}  //這里實(shí)現(xiàn)出test.h中聲明的f函數(shù)
10 
11//---------------main.cpp--------------//
12#include”test.h”
13int main()
14{
15f(); //調(diào)用f，f具有外部連接類型
16}
17

在這個(gè)例子中，test. cpp和main.cpp各自被編譯成不同的.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：

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 0xABCDEF。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與.exe的格式是一樣的，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)即可。

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)，所以當(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)“實(shí)例化”的過(guò)程。舉個(gè)例子：

 1//----------main.cpp------//
 2template<class T>
 3void f(T t)
 4{}
 5 
 6int main()
 7{
 8…//do something
 9f(10); // call f<int> 編譯器在這里決定給f一個(gè)f<int>的實(shí)例
10…//do other thing
11}
12

也就是說(shuō)，如果你在main.cpp文件中沒(méi)有調(diào)用過(guò)f，f也就得不到實(shí)例化，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：

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。

然而實(shí)例化要求編譯器知道模板的定義，不是嗎？

看下面的例子（將模板的聲明和實(shí)現(xiàn)分離）：

 1//-------------test.h----------------//
 2template<class T>
 3class A
 4{
 5public:
 6void f(); // 這里只是個(gè)聲明
 7};
 8 
 9//---------------test.cpp-------------//
10#include”test.h”
11template<class T>
12void A<T>::f()  // 模板的實(shí)現(xiàn)
13{
14  …//do something
15}
16 
17//---------------main.cpp---------------//
18#include”test.h”
19int main()
20{
21A<int> a;
22f(); // #1
23}
24

編譯器在#1處并不知道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)例，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)侯它就不該被實(shí)例化出來(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)將其實(shí)例化出來(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?qū)嵗谑牵?/span>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)實(shí)例化出來(lái)，所以，當(dāng)編譯器只看到模板的聲明時(shí)，它不能實(shí)例化該模板，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)有用到模板的實(shí)例時(shí)，編譯器懶得去實(shí)例化，所以，整個(gè)工程的.obj中就找不到一行模板實(shí)例的二進(jìn)制代碼，于是連接器也黔驢技窮了。

因而，模板類的聲明與實(shí)現(xiàn)不能分開(kāi)寫(xiě)在cpp文件與h文件當(dāng)中，除非你#include  xxx.cpp文件。