警告:没有必要将实现放在头文件中，请参见本答案末尾的替代解决方案。

总之，代码失败的原因是，当实例化模板时，编译器使用给定的模板参数创建了一个新类。 例如:

template<typename T>
struct Foo
{
    T bar;
    void doSomething(T param) {/* do stuff using T */}
};

// somewhere in a .cpp
Foo<int> f; 

在读取这一行时，编译器将创建一个新的类（我们将其称为fooint)，它相当于以下内容:

struct FooInt
{
    int bar;
    void doSomething(int param) {/* do stuff using int */}
}

因此，编译器需要访问这些方法的实现，以便使用模板参数（在本例中为int)实例化它们。 如果这些实现不在头中，它们将不可访问，因此编译器将无法实例化模板。

对此的一个常见解决方案是将模板声明写在头文件中，然后在一个实现文件（例如。tpp）中实现类，并将此实现文件包含在头的末尾。

FOO.H

template <typename T>
struct Foo
{
    void doSomething(T param);
};

#include "Foo.tpp"

FOO.TPP

template <typename T>
void Foo<T>::doSomething(T param)
{
    //implementation
}

这样，实现仍然与声明分离，但编译器可以访问。

另一种解决方案是保持实现的分离，并显式地实例化您所需要的所有模板实例:

FOO.H

// no implementation
template <typename T> struct Foo { ... };

foo.cpp

// implementation of Foo's methods

// explicit instantiations
template class Foo<int>;
template class Foo<float>;
// You will only be able to use Foo with int or float

如果我的解释不够清楚，您可以看一下有关这个主题的C++超级FAQ。

这是因为需要单独编译，而且模板是实例化风格的多态性。

让我们更接近混凝土来解释一下。 假设我有以下文件:

• foo.h
  • 声明类MyClass
  的接口
  • 定义类MyClass
  的实现
  • 使用MyClass

  单独编译意味着我应该能够独立于bar.cpp编译foo.cpp。 编译器完全独立地在每个编译单元上完成分析，优化和代码生成的所有艰苦工作； 我们不需要做整个程序分析。 只有链接器需要一次处理整个程序，而且链接器的工作要简单得多。

  当我编译foo.cpp时，bar.cpp甚至不需要存在，但是我应该仍然能够将已经有的foo.o与刚刚生成的bar.o链接在一起，而不需要重新编译foo.cpp。 甚至可以将foo.cpp编译成一个动态库，分发到没有foo.cpp的其他地方，并与他们在我编写foo.cpp多年后编写的代码链接。

  “实例化风格的多态性”意味着模板MyClass实际上不是一个泛型类，可以编译成对t的任何值都有效的代码。 这会增加开销，例如装箱，需要将函数指针传递给分配器和构造器等。C++模板的目的是避免编写几乎相同的类MYCLASS_INT，类MYCLASS_FLOAT等，但仍然能够以编译后的代码结束，就好像我们分别编写了每个版本一样。 所以模板就是字面上的模板； 类模板不是类，它是为我们遇到的每个T创建新类的秘诀。 模板无法编译成代码，只能编译实例化模板的结果。

  因此，当foo.cpp被编译时，编译器无法看到bar.cpp来知道需要MyClass。 它可以看到模板MyClass<；t>，但不能为此发出代码（它是模板，不是类）。 并且当bar.cpp被编译时，编译器可以看到它需要创建一个MyClass，但是它看不到模板MyClass（只有它在foo.h中的接口），所以它不能创建它。

  如果foo.cpp本身使用MyClass，那么在编译foo.cpp时将生成相应的代码，因此当bar.o链接到foo.o时，它们可以被挂起并正常工作。 我们可以利用这个事实，通过编写一个模板，允许在。cpp文件中实现一组有限的模板实例化。 但是bar.cpp无法将模板用作模板并在它喜欢的任何类型上实例化它； 它只能使用foo.cpp的作者认为应该提供的模板化类的预先存在版本。

  您可能会认为，在编译模板时，编译器应该“生成所有版本”，在链接过程中过滤掉从未使用过的版本。 除了由于指针和数组等“类型修饰符”特性允许内置类型产生无限数量的类型，这种方法将面临巨大的开销和极端的困难之外，当我现在通过添加以下内容来扩展我的程序时会发生什么:

  • baz.cpp
    • 声明和实现类BazPrivate，并使用MyClass

    这不可能行得通除非我们

    每次更改程序中的任何其他文件时，
    1. 都必须重新编译foo.cpp，以防它添加了一个新的MyClass
    实例
    2. 要求baz.cpp包含（可能通过头包含）MyClass的完整模板，以便编译器在编译baz.cpp期间生成MyClass。

    没有人喜欢（1），因为整个程序分析编译系统需要花费很长的时间来编译，而且因为它使得没有源代码就不可能分发编译过的库。 所以我们有（2）。

这里有很多正确答案，但我想补充一点（为了完整）:

如果您在实现cpp文件的底部显式地实例化模板将要使用的所有类型，那么链接器将能够像往常一样找到它们。

编辑:添加显式模板实例化的示例。 在定义了模板并且定义了所有成员函数之后使用。

template class vector<int>;

这将实例化（从而使链接器可用）类及其所有成员函数（仅）。 类似的语法适用于模板函数，因此如果您有非成员运算符重载，您可能需要对这些重载执行相同的操作。

上面的例子是相当无用的，因为vector是在头中完全定义的，除非是一个公共的include文件（预编译的头？） 使用外部模板类向量，以防止它在所有其他（1000？）中实例化它 使用矢量的文件。