为什么显式模板实例化不会破坏 ODR？

Question

这个问题是在this answer的上下文中出现的。

正如我所料，这个翻译单元无法编译：

template <int Num> int getNum() { return Num; }
template int getNum<0>();
template int getNum<0>();  // error: duplicate explicit instantiation of 'getNum<0>'
int main() { getNum<0>(); return 0; }

我明白这一点，我已经尝试过两次相同的显式模板实例化。然而，事实证明，将其分成不同的单元，它可以编译：

// decl.h
template <int Num> int getNum() { return Num; }

// a.cc
#include <decl.h>
template int getNum<0>();

// b.cc
#include <decl.h>
template int getNum<0>();
int main() { getNum<0>(); return 0; }

我没想到会这样。我假设具有相同参数的多个显式模板实例化会破坏 ODR，但似乎并非如此。然而，这确实失败了：

// decl.h
template <int Num> int getNum();

// a.cc
#include "decl.h"
template <> int getNum<0>() { return 0; }

// b.cc
#include "decl.h"
template <> int getNum<0>() { return 0; }
int main() { getNum<0>(); return 0; }

用户Oliv 很有帮助地将我指向this relevant paragraph in the standard，但我仍然对此感到有些困惑，所以我希望有人能用更简单的术语解释这背后的逻辑（例如，应该或不应该考虑什么打破 ODR 以及为什么我的期望是错误的）。

编辑：

再举一个例子，下面是一个分为两个单元的程序，它可以正确编译，但会产生令人惊讶的结果：

// a.cc
template <int Num> int getNum() { return Num + 1; }
template int getNum<0>();

// b.cc
#include <iostream>
template <int Num> int getNum() { return Num; }
template int getNum<0>();
int main() { std::cout << getNum<0>() << std::endl; return 0; }

输出：

1

在这种情况下，删除显式模板实例化会产生0。我知道拥有两个具有不同定义的模板并不是一个常见的用例，但我认为 ODR 的实施正是为了避免此类问题。

Answer 1

尤里卡！我终于落在了相关的段落上，[temp.spec]/5

对于给定的模板和给定的一组模板参数，

• (5.1) 一个显式的实例化定义在程序中最多出现一次，

• (5.2) 一个显式特化在程序中最多只能定义一次，如 [basic.def.odr] 中所指定的，并且

• (5.3) 除非显式实例化跟在显式特化声明之后，否则显式实例化和显式特化声明都不得出现在程序中。

诊断违反此规则的行为不需要实现。

所以显式模板实例化定义（不是隐式实例化）会导致 ODR 违规，不需要诊断（至少 gcc 和 clang - ld 工具链不会产生诊断）

Answer 2

根据使用的上下文和生成的实体的含义，显式特化和显式实例化定义都将违反 ODR。

下面解释第一种和第三种情况，以及为什么它们确实违反了 NDR [temp.spec]/5 的 ODR

对于给定的模板和给定的一组模板参数，

• (5.1) 显式实例化定义在程序中最多出现一次，

• (5.2) 一个显式特化在程序中最多只能定义一次（根据 6.2），[...]

函数模板在定义它们的同一个翻译单元和其他翻译单元中可能有不同的实例化点，当这些特化的含义是所有实例化点都相同。

自[temp.point]/6

显式实例化定义是显式实例化指定的一个或多个特化的实例化点。

和[temp.point]/8

[...] 如果两个不同的实例化点根据单一定义规则 (6.2) 赋予模板特化不同的含义，则程序是非良构的，不需要诊断。

第二种情况不违反ODR，因为这些TU中的实例化的含义是相同的。

// decl.h
template <int Num> int getNum() { return Num; }

// a.cc
#include <decl.h>
template int getNum<0>();

// b.cc
#include <decl.h>
template int getNum<0>();
int main() { getNum<0>(); return 0; }

但最后一个肯定不是有效的（违反 ODR NDR），因为即使函数模板具有相同的签名，它们的实例化也会具有不同的含义。你不能转发你得到的结果，标准不保证这些违规发生时的行为。

// a.cc
template <int Num> int getNum() { return Num + 1; }
template int getNum<0>();

// b.cc
#include <iostream>
template <int Num> int getNum() { return Num; }
template int getNum<0>();
int main() { std::cout << getNum<0>() << std::endl; return 0; }