函数模板的多个定义答案

【问题标题】：Multiple definitions of a function template函数模板的多个定义
【发布时间】：2010-09-19 03:14:09
【问题描述】：

假设一个头文件定义了一个函数模板。现在假设有两个实现文件#include这个头文件，每个都有一个函数模板的调用。在两个实现文件中，函数模板都使用相同的类型进行实例化。

// header.hh
template <typename T>
void f(const T& o)
{
    // ...
}

// impl1.cc
#include "header.hh"

void fimpl1()
{
    f(42);
}

// impl2.cc
#include "header.hh"

void fimpl2()
{
    f(24);
}

人们可能期望链接器会抱怨f() 的多个定义。具体来说，如果f() 不是模板，那么情况确实如此。

为什么链接器不抱怨f() 的多个定义？
标准中是否规定链接器必须优雅地处理这种情况？换句话说，我可以一直指望类似于上面的程序来编译和链接吗？
如果链接器可以足够聪明地消除一组函数模板实例化的歧义，为什么它不能对常规函数做同样的事情，因为它们与实例化函数模板的情况相同？

【问题讨论】：

标题具有误导性......“多个实例化”怎么样？还是“在单独的翻译单元中实例化”？
我已经澄清了这个问题。这是一个相当广泛的问题，所以我把它分成更小的问题。也许我应该把这些分成几个 SO 问题？
我在您的代码中没有看到 f() 的“多重定义”。

标签： c++ templates linker

【解决方案1】：

为了支持 C++，链接器足够聪明，可以识别它们都是相同的函数，并抛出除一个之外的所有函数。

编辑：澄清：链接器不会比较函数内容并确定它们是否相同。模板化函数被标记为这样，链接器识别它们具有相同的签名。

【讨论】：

但是当 f() 不是模板时还不够聪明，无法识别这一点？
不允许，模板除外。
它也对内联函数执行此操作 - 如果它决定不内联它们。
@Mark Ransom 如果我理解正确，对于内联函数，如果编译器不打算内联它们，它会抱怨正常函数的多个定义？我说的对吗？
@John 没有。如果您在定义中包含inline 关键字，则表明您可以在多个翻译单元（源文件）中定义该函数，因此编译器会期望这一点并且不会抱怨。您仍然需要遵守单一定义规则并确保所有内联函数定义都相同 - 不需要检测它们是否不同。

【解决方案2】：

Gnu C++ 编译器手册有a good discussion of this。摘录：

C++ 模板是第一语言需要更多智能的功能从环境比一个通常在 UNIX 系统上找到。不知何故编译器和链接器必须确保每个模板实例都会发生如果它在可执行文件中恰好一次是需要的，否则根本不需要。对此有两种基本方法问题，被称为 Borland 模型和 Cfront 模型。

Borland 模型

Borland C++ 解决了模板通过添加实例化问题等效于公共块的代码他们的链接器；编译器发出每个翻译中的模板实例使用它们的单元和链接器将它们折叠在一起。优势这个模型的特点是链接器只有必须考虑目标文件他们自己;没有外部需要担心的复杂性。这缺点是编译时间增加是因为模板代码正在反复编译。代码为这个模型写的往往包括所有模板的定义在头文件中，因为它们必须是被实例化了。

Cfront 模型

AT&T C++ 翻译器，Cfront，解决了模板实例化通过创建一个概念来解决问题模板存储库，一个自动维护模板的地方实例被存储。更现代的存储库的版本作为如下：作为单独的目标文件已构建，编译器将任何模板定义和中遇到的实例化存储库。在链接时，链接 wrapper 将对象添加到存储库并编译任何需要的以前没有的实例发出。这种模式的优点是更优化的编译速度和使用系统链接器的能力；实施 Borland 模型编译器供应商也需要更换链接器。缺点是大大增加了复杂性，因此潜在的错误；对于一些代码这可以同样透明，但是在实践中可能非常困难将多个程序合二为一目录和一个程序在多个目录。为此编写的代码模型倾向于将定义分开非内联成员模板到单独的文件，应该是单独编译。

当与 GNU ld 2.8 版或稍后在 ELF 系统上，例如 GNU/Linux 或 Solaris 2，或更高版本 Microsoft Windows，G++ 支持 Borland 模型。在其他系统上，G++ 既不实现自动模型。

【讨论】：

【解决方案3】：

这或多或少只是模板的特殊情况。

编译器只生成实际使用的模板实例。由于它无法控制从其他源文件生成哪些代码，因此它必须为每个文件生成一次模板代码，以确保完全生成方法。

由于很难解决这个问题（标准有一个模板的 extern 关键字，但 g++ 没有实现它）链接器只接受多个定义。

【讨论】：