一般在写C++相关代码的时候，我们总习惯于将类声明和类实现进行分离。也就是说，类的声明一般写在.h文件中，而它的实现一般写在.cpp文件中。但是，在模板类中，这个习惯却要恰恰相反。即：要求模板类的类声明和类实现要都放在头文件，而不能分离。

本文就对模板的这个奇特习惯进行分析。

在进行模板特性的讲解之前，首先需要了解一下C++的分离式编译模式。

所谓分离编译模式，就是指：一个程序或者项目由若干个源文件共同实现，而每个源文件单独编译生成目标文件，最后将所有目标文件连接起来形成单一的可执行文件的过程。

C/C++组织源代码和生成可执行文件的方式就是分离式编译模式。

简单粗暴的理解就是，一个C++项目分为若干个cpp文件和h文件，每个cpp文件单独编译成每个的目标文件，最终将每个cpp文件连接在一起组成最后的单一的可执行文件。这里最重要的点就是：编译是相对于每个cpp文件而言的。

接下去的问题就是，对于编译每个cpp文件的时候，是否都需要每个类的实现？

如果都需要每个类的实现，那么就只能将每个类的实现也都写到h文件中，这样在cpp文件中引入的h文件中，才会有每个类的实现；如果不需要每个类的实现，那么就没有必要将每个类的实现写到h文件中。

C/C++所采用的方法是：只要给出类的声明，就可以在本源文件中使用该类。由于每个源文件都是独立的编译单元，在当前源文件中使用但未在此类的实现，就假设在其他的源文件中实现好了。

但是，分离式编译模式却驯不服模板。

C++标准要求编译器在实例化模板时，必须在上下文中可以查看到其实现；而反过来，在看到实例化模板之前，编译器对模板的实现是不处理的。原因很简单，编译器怎么会预先知道typename实参是什么呢？因此模板的实例化与实现必须放到同一文件中。

《C++编程思想》说明了原因：

模板定义很特殊。由template 处理的任何东西都意味着编译器在当时不为它分配存储空间，它一直处于等待状态直到被一个模板实例告知。在编译器和连接器的某一处，有一机制能去掉指定模板的多重定义。所以为了容易使用，几乎总是在头文件中放置全部的模板声明和定义。

简单来说：只有模板实例化时，编译器才会得知T实参是什么。而编译器在处理模板实例化时，不仅仅要看到模板的定义式，还需要模版的实现体。

为什么需要这样呢？

比如说存在类Rect, 其类定义式写在test.h，类的实现体写在test.cpp中。对于模板来说，编译器在处理test.cpp文件时，编译器无法预知T的实参是什么，所以编译器对其实现是不作处理的。

紧接着在main.cpp中用到了Rect，这个时候会实例化。也就是说，在test.h中会实例出对Rect进行类的声明。但是，由于分离式编译模式，在编译的时候只需要类的声明即可，因此编译是没有任何问题的。

但是在链接的过程中，需要找到Rect的实现部分。但是上面也说了，编译是相对于每个cpp文件而言的。在test.cpp的编译的时候，由于不知道T的实参是什么，并没有对其进行处理。因此，Rect的实现自然并没有被编译，链接也就自然而然地因找不到而出错。

也就是说，模板如果将类声明和类实现进行分离，那么分离式编译模式会导致在链接的时候出现问题。

解释清楚了，接下来可以看一个例子：

在test.h文件中，定义模板类Rect：

在test.cpp文件中，定义模板类Rect方法的实现：