[C++知识库]C++学习笔记2——链接报错： error LNK2001: 无法解析的外部符号

error LNK2001: 无法解析的外部符号
error LNK2019: 无法解析的外部符号

链接错误error LNK2001、error LNK2019，一般是链接时找不到相应的函数或者变量造成的。可能由于正确的使用了在头文件中声明的函数或者变量，而没有相应函数的实现，导致链接时找不到此函数。

一般有以下的原因：
头文件中声明的函数或变量，没有在源文件或者链接的库文件中实现，如头文件中使用extern int abc声明了一个变量，而在其他源文件中并没有对其定义过而直接进行使用。就会导致出现error LNK2001错误。
没有包含实现该函数或者变量的源文件在项目工程中，对于不在项目工程的源文件，编译器不会进行编译，也就相当于其中的函数或变量没有被实现
使用到了库中函数或变量而没有为编译器指明动态/静态链接库lib文件，导致链接器无法从库中找到函数或者变量
函数或者变量在源文件中被static修饰，被static修饰的函数和变量链接性为内部，只能在本文件内使用，在外部使用就会出现链接错误

当声明和定义一个模板的时候，必须要让声明和定义放在一个文件里。否则编译器会报错。
一个编译单元（translation unit）是指一个.cpp文件以及它所#include的所有.h文件，.h文件里的代码将会被扩展到包含它的.cpp文件里，然后编译器编译该.cpp文件为一个.obj文件（假定我们的平台是win32），后者拥有PE（Portable Executable，即windows可执行文件）文件格式，并且本身包含的就已经是二进制码，但是不一定能够执行，因为并不保证其中一定有main函数。当编译器将一个工程里的所有.cpp文件以分离的方式编译完毕后，再由连接器（linker）进行连接成为一个.exe文件。

即运行的过程个人理解为：.h文件里的代码会被扩展包含到对应的.cpp文件里，然后每个项目中的所有.cpp文件会被各自单独编译成.obj文件，各.obj文件需要一定的外部连接器进行连接从而实现调用等功能。
比如：
在1.cpp中有一个函数f()，需要在主函数文件main.cpp中进行调用。
编译main.cpp时，编译器不知道f的实现，所以当碰到对它的调用时只是给出一个指示，指示连接器应该为它寻找f()的实现体。main.obj中没有关于f()的任何一行二进制代码。
编译1.cpp时，编译器找到了f的实现。于是将f()的实现（二进制代码）编译进1.obj里。
如果没有从main.obj到1.obj的链接，运行时就会报出链接错误。
如果通过一定的外部链接，连接时，连接器在1.obj中找到f的实现代码（二进制）的地址（通过符号导出表）。然后将main.obj中调用的f()地址改成f实际的地址，才能完成正常的运行过程。

模板函数的代码不能直接编译成二进制代码，其中要有一个“实例化”的过程。

//----------main.cpp------//
template<class T>
void f(T t)
{}
 
int main()
{
…//do
something
f(10);
// call f<int> 编译器在这里决定给f一个f<int>的实例
…//do
other thing
}

对于以上代码，f(10);如果没有这一行的调用实例化过程，那么在主函数编译过程中main.obj中不会存在关于f()函数的任何二进制代码。

f(10); // f<int>得以实例化出来

f(10.0); // f<double>得以实例化出来

通过以上调用，就可以在编译时将相应代码写入main.obj文件中，从而进行运行。

模板的声明和实现分离

//-------------test.h----------------//
template<class T>
class A
{
public:
void
f(); // 这里只是个声明
};
 
//---------------test.cpp-------------//
#include”test.h”
template<class T>
void A<T>::f()  // 模板的实现
{
 
…//do something
}
 
//---------------main.cpp---------------//
#include”test.h”
int main()
{
A<int>::f();
// #1
}

编译器在#1处并不知道A<int>::f的定义，因为它不在test.h里面，于是编译器只好尝试通过连接器，希望它能够在其他.obj里面找到A<int>::f的实例，在本例中就是test.obj，然而，test.obj中并没有有A::f的二进制代码(上一处标黄的地方)。因为C++标准明确表示，当一个模板不被用到的时侯它就不该被实例化出来。并且test.cpp中也没有用到A<int>::f，所以实际上test.cpp编译出来的test.obj文件中关于A::f一行二进制代码也没有，于是连接器就只能给出一个连接错误。
但是，如果在test.cpp中写一个函数，其中调用A<int>::f，则编译器会将其实例化出来，因为在这个点上（test.cpp中），编译器知道模板的定义，所以能够实例化，于是，test.obj的符号导出表中就有了A<int>::f这个符号的地址，于是连接器就能够完成任务。

解决方法：

1. 将类的声明和定义放在同一个.h文件中。
2. 在类模板出现的cpp文件对应的.h文件中include .cpp文件(即模板实现的.cpp文件)
3. 在主函数所在的main.h中include .cpp文件。

总结：
在分离式编译的环境下，编译器编译某一个.cpp文件时并不知道另一个.cpp文件的存在，也不会去查找（当遇到未决符号时它会寄希望于连接器）。这种模式在没有模板的情况下运行良好，但遇到模板时就需要注意，因为模板仅在需要的时候才会实例化出来，所以，当编译器只看到模板的声明时，它不能实例化该模板，只能创建一个具有外部连接的符号并期待连接器能够将符号的地址决议出来。然而当实现该模板的.cpp文件中没有用到模板的实例时，编译器懒得去实例化，所以，整个工程的.obj中就找不到一行模板实例的二进制代码，于是连接器心态崩了，调代码的人也心态崩了。