为什么 C++ 链接器对 ODR 违规保持沉默？

Question

让我们考虑一些综合但富有表现力的例子。 假设我们有 Header.h：

Header1.h

#include <iostream>

// Define generic version
template<typename T>
inline void Foo()
{
    std::cout << "Generic\n";
}

Header2.h

void Function1();

Header3.h

void Function2();

源1.cpp

#include "Header1.h"
#include "Header3.h"

// Define specialization 1
template<>
inline void Foo<int>()
{
    std::cout << "Specialization 1\n";
}

void Function1()
{
    Foo<int>();
}

后来我或其他人在另一个源文件中定义了类似的转换。 源2.cpp

#include "Header1.h"

// Define specialization 2
template<>
inline void Foo<int>()
{
    std::cout << "Specialization 2\n";
}

void Function2()
{
    Foo<int>();
}

主.cpp

#include "Header2.h"
#include "Header3.h"

int main()
{
    Function1();
    Function2();
}

问题是什么将打印 Function1() 和 Function2()？ 答案是未定义的行为。

我希望在输出中看到：专业化 1 专业化 2

但我看到：专业化 2 专业化 2

为什么 C++ 编译器对 ODR 违规保持沉默？ 在这种情况下，我宁愿编译失败。

我发现只有一种解决方法：在未命名的命名空间中定义模板函数。

Answer 1

编译器是静默的，因为[basic.def.odr/4]不需要发出任何东西：

每个程序都应仅包含一个非内联函数或变量的定义，该函数或变量在该程序中被丢弃的语句之外被 ODR 使用； 无需诊断。 该定义可以显式出现在程序中，可以在标准或用户定义的库中找到，或者（在适当的时候）隐式定义（参见 [class.ctor]、[class.dtor] 和 [class.copy ]). 内联函数或变量应在每个翻译单元中定义，在其中它在丢弃的语句之外被 odr-使用。

Answer 2

在极少数情况下，违反 ODR 可能很有用。

例如，您可以代替std::unique_ptr<MyPimplType>使用std::aligned_storage<MyPimplType_sizeof, MyPimplType_alignof>并在MyPimplType类的构造函数/析构函数中测试真实的 sizeof 和对齐。 这称为aligned storage pimpl或类似的东西。 当您想用 impl-by-value（对齐存储而不是 impl）替换 impl-by-pointer（通过指向 impl 的智能指针）时很有用。

接下来，您可以创建新类型的对齐存储，它可以在其构造函数/析构函数中自动测试 sizeof 和对齐方式：

私人/my_aligned_storage_by_decl.hpp或公共/my_aligned_storage_by_decl.hpp

template <typename incomplete_type_to_align, size_t sizeof_, size_t alignof_>
class my_aligned_storage_by { ... };

私有/my_aligned_storage_by_impl.hpp

// incomplete_type_to_align must be already complete here!
template <typename incomplete_type_to_align, size_t sizeof_, size_t alignof_>
my_aligned_storage_by<...>::my_aligned_storage_by(...) {
    static_assert(sizeof_ == sizeof(incomplete_type_to_align), ...);
    static_assert(alignof_ == std::alignment_of<incomplete_type_to_align>::value, ...);
}

这只能通过 ODR 违规实现，并且如果公共和私有标头不能合并到单个标头，其中公共和私有标头具有相同my_aligned_storage_by类的2 个不同定义。

实施： https ://sourceforge.net/p/tacklelib/tacklelib/HEAD/tree/trunk/include/tacklelib/tackle/aligned_storage/
https://github.com/andry81/tacklelib/tree/trunk/include/tacklelib/tackle/aligned_storage/

使用示例：

包含/myheader.hpp

#include <tacklelib/tackle/aligned_storage/public/aligned_storage_by_decl.hpp>

#define MYCLASS_SIZEOF  ...
#define MYCLASS_ALIGNOF ...

class MyClass
{
  // public methods...
  MyClass(...);

  // replacement as impl-by-value:
  struct This;
  tackle::aligned_storage_by<This,
    MYCLASS_SIZEOF,
    MYCLASS_ALIGNOF,
    tackle::tag_pttn_control_lifetime> m_this;
};

void myfoo(const MyClass & myboo);

src/_impl/myheader_this.hpp

#include <myheader.hpp>

struct MyClass::This
{
  // data members and private function of class MyClass is placed here...
};

源代码/MyClass.cpp

#include <tacklelib/tackle/aligned_storage/private/aligned_storage_by_decl.hpp>

#include <src/_impl/MyClass_this.hpp>

#include <tacklelib/tackle/aligned_storage/private/aligned_storage_by_impl.hpp>

// public methods implementation...

MyClass::MyClass()
{
  m_this.construct_default();
}

MyClass::MyClass(...)
{
  m_this.construct(This{...});
}

void myfoo(const MyClass & myboo)
{
  auto & realboo = *myboo.m_this.this_();
  // deal with realboo...
}

以下是这种方法的一些主要缺点：

1. 您必须将包含以my_aligned_storage作为成员的类的标头也拆分为公共/私有标头，并为 SDK 保留公共标头，但将私有标头包含在 cpp 文件中而不是公共标头中。 (*)

2. 您已明确控制此类标头的包含顺序，因为可以静默包含私有标头而不是公共标头（反之亦然）。

3. 只有当类型变得完全完整时，您才必须包含带有 sizeof/alignment 测试断言的实现，这有时并不总是可能的。

4. 你明确指定了sizeof和alignment，这在不同的上下文中可以不同，例如debug/release、windows/linux、msvc/gcc等等。

(*) 如果my_aligned_storage的公共和私有标头无法合并到单个公共声明标头中。

在对齐的用户类实际上并不大并且经常构造/分配/复制的情况下，可以避免或忽略这些缺点，例如内置类型。