模板静态成员定义取决于传递给链接器的顺序答案

【问题标题】：Template static member definition depends on order passed to linker模板静态成员定义取决于传递给链接器的顺序
【发布时间】：2020-04-15 14:04:38
【问题描述】：

下面的代码，有2个模板静态字段成员的定义，每个定义定义template1<int>::x具有不同的值。

人们会期望链接器拒绝此类重新定义，因为它们具有不同的值。

但是 g++ 和 MSVC 的编译和链接传递，以及使用哪个定义取决于源传递给链接器的顺序。

此行为是否符合 C++ 标准、未定义行为或链接器错误？

my_template.h

template <class T>
class template1
{
public:
    static int x;
};

Src2.cpp

#include <stdio.h>
#include "my_template.h"

template <class T>
int template1<T>::x = 2; 

void my_func() // definition
{
    printf("my_func: template1<int>::x = %d\n", template1<int>::x); // definition of X to 2.
    printf("my_func: template1<char>::x = %d\n", template1<char>::x); // definition of X to 2.
}

Main.cpp

#include <cstdio>
#include "my_template.h"

template <class T>
int template1<T>::x = 1;

void my_func();

int main()
{
    printf("main: template1<int>::x = %d\n", template1<int>::x); // definition of X to 1.
    my_func();
    return 0;
}

使用 g++ (MinGW.org GCC Build-20200227-1) 9.2.0+ 编译

编译1

g++ -o prog Src2.cpp Main.cpp

输出1

main: template1<int>::x = 2
my_func: template1<int>::x = 2
my_func: template1<char>::x = 2

编译2

g++ -o prog Main.cpp Src2.cpp

输出2

main: template1<int>::x = 1
my_func: template1<int>::x = 1
my_func: template1<char>::x = 2

也观察到

Microsoft (R) C/C++ Optimizing Compiler Version 19.25.28612 for x86

当我反汇编带有-S标志的代码时，每个编译单元都定义了相同的符号名称。

与Nightra合作。

【问题讨论】：

FWIW，如果你有 C++17，你可以在类中使用static inline int x = 2;，甚至不必担心在类外定义成员。在 C++17 之前，由于定义是一个模板，您可以将其移动到类之后的头文件中，因为所有模板都是隐式内联的。

标签： c++ templates linker g++

【解决方案1】：

这违反了ODR（要求实体必须完全有一个定义，如果使用的话）。所以程序有UB。

编译器无法诊断这一点，因为每个翻译单元都很好。理论上，链接器可以诊断这一点，但实际上它不会那样做。

【讨论】：

这种情况只发生在模板中，使用全局变量，不传递链接。
也许是这样，但它仍然是 UB。你的问题是，“为什么链接器诊断一个，而不是另一个？”

【解决方案2】：

此行为是否符合 C++ 标准、未定义行为或链接器错误？

这是未定义的行为 (UB)。

来自N4659的[basic.def.odr]/4 [强调我的]：

每个程序都应包含每个程序的确切定义非内联函数或在该程序中使用 odr 的变量 在废弃语句之外； 无需诊断。这定义可以显式出现在程序中，可以在标准或用户定义的库，或（在适当时）它是隐式定义（参见 [class.ctor]、[class.dtor] 和 [class.copy]）。每次翻译都应定义一个内联函数或变量在废弃语句之外使用它的单位。

非constexprstatic模板的成员变量不是隐含的inline，因此这是UB，不需要诊断。

我们也可以求助于[basic.def.odr]/6 以获得更强有力的声明（甚至不需要使用 ODR）[引用选定的摘录，强调我的]：

可以有多个 [...] 静态数据成员的定义程序中的类模板 [...]，前提是每个定义出现在不同的翻译单元中，并且提供定义满足以下要求。给定这样一个实体命名为D 在多个翻译单元中定义，则

D 的每个定义应由相同的令牌序列组成；和

[...]

如果D 的定义满足所有这些要求，那么行为就好像有一个 D 的定义。如果 D 的定义不满足这些要求，然后行为未定义。

D 的两个不同定义（在您的情况下，template1<int>::x）“D 的每个定义都应包含相同的令牌序列”没有满足，因此我们自然不可能满足 "[...] 就好像有一个单一的定义 D";因此UB。

【讨论】：