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定义与 ODR (单一定义规则)

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说明符
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decltype (C++11)
auto (C++11)
constexpr (C++11)
consteval (C++20)
constinit (C++20)
存储期说明符
初始化
 
基本概念
 

定义是声明，它完整地定义了声明引入的实体。每个声明都是一个定义，除了以下情况

  • 没有函数体的函数声明
int f(int); // declares, but does not define f
extern const int a;     // declares, but does not define a
extern const int b = 1; // defines b
struct S
{
    int n;               // defines S::n
    static int i;        // declares, but does not define S::i
    inline static int x; // defines S::x
};                       // defines S
 
int S::i;                // defines S::i
  • (已弃用) 命名空间作用域中，使用 constexpr 说明符在类内定义的静态数据成员的声明
struct S
{
    static constexpr int x = 42; // implicitly inline, defines S::x
};
 
constexpr int S::x; // declares S::x, not a redefinition
 (自 C++17 起)
  • 类名称的声明（通过前置声明或在另一个声明中使用详述类型说明符）
struct S;             // declares, but does not define S
 
class Y f(class T p); // declares, but does not define Y and T (and also f and p)
enum Color : int; // declares, but does not define Color
 (自 C++11 起)
template<typename T> // declares, but does not define T
  • 不是定义的函数声明中的形参声明
int f(int x); // declares, but does not define f and x
 
int f(int x)  // defines f and x
{
    return x + a;
}
typedef S S2; // declares, but does not define S2 (S may be incomplete)
using S2 = S; // declares, but does not define S2 (S may be incomplete)
 (自 C++11 起)
using N::d; // declares, but does not define d
(自 C++17 起)
(自 C++11 起)
extern template
f<int, char>; // declares, but does not define f<int, char>
 (自 C++11 起)
template<>
struct A<int>; // declares, but does not define A<int>

asm 声明不定义任何实体，但它被归类为定义。

在必要时，编译器可以隐式地定义默认构造函数、复制构造函数、移动构造函数、复制赋值运算符、移动赋值运算符和析构函数。

如果任何对象的定义导致了不完整类型或抽象类类型的对象，则程序是非良构的。

目录

[编辑] 单一定义规则

在任何一个翻译单元中，只允许存在任何变量、函数、类类型、枚举类型、概念(自 C++20 起)或模板的一个定义（其中一些可能具有多个声明，但只允许一个定义）。

在整个程序（包括任何标准库和用户定义的库）中，需要出现每个非内联函数或变量的一个且仅一个定义，这些函数或变量是odr-使用的（见下文）。编译器不要求诊断此违规行为，但违反它的程序的行为是未定义的。

对于内联函数或内联变量(自 C++17 起)，在它被odr-使用的每个翻译单元中都需要一个定义。

对于类，在类被使用且需要它是完整的任何地方，都需要一个定义。

在一个程序中，以下各项可以有多个定义：类类型、枚举类型、内联函数、内联变量(自 C++17 起)、模板实体（模板或模板的成员，但不是完整的模板特化），只要满足以下所有条件

  • 每个定义出现在不同的翻译单元中。
(自 C++20 起)
  • 每个定义由相同的记号序列组成（通常，出现在相同的头文件中）。
  • 从每个定义内部进行的名字查找找到相同的实体（在重载决议之后），除了
  • 具有内部或无连接的常量可以引用不同的对象，只要它们不是 odr-使用的，并且在每个定义中具有相同的值。
  • Lambda 表达式，如果不在默认实参中或默认模板实参中(自 C++20 起)，则通过用于定义它们的记号序列唯一标识。
 (自 C++11 起)
  • 重载运算符，包括转换、分配和释放函数，从每个定义中引用相同的函数（除非引用在定义内定义的函数）。
  • 相应的实体在每个定义中具有相同的语言连接（例如，include 文件不在 extern "C" 块内）。
  • 如果一个 const 对象在任何定义中被常量初始化，则它在每个定义中都是常量初始化的。
  • 上述规则适用于每个定义中使用的每个默认实参。
  • 如果定义是针对具有隐式声明的构造函数的类，则 odr-使用它的每个翻译单元都必须为基类和成员调用相同的构造函数。
  • 如果定义是针对具有默认三路比较的类，则 odr-使用它的每个翻译单元都必须为基类和成员调用相同的比较运算符。
 (自 C++20 起)
  • 如果定义是针对模板，则所有这些要求都适用于定义点的名称和实例化点的依赖名称。

如果满足所有这些要求，则程序的行为就好像整个程序中只有一个定义一样。否则，程序是非良构的，不需要诊断。

注意：在 C 中，类型没有程序范围的 ODR，即使同一变量的 extern 声明在不同的翻译单元中也可能具有不同的类型只要它们是兼容的。在 C++ 中，用于声明相同类型的源代码记号必须与上述描述的相同：如果一个 .cpp 文件定义了 struct S { int x; };，而另一个 .cpp 文件定义了 struct S { int y; };，则链接它们的程序的行为是未定义的。这通常通过未命名的命名空间来解决。

[编辑] 命名一个实体

如果表达式是一个表示变量的标识符表达式，则该变量被表达式命名。

在以下情况下，函数被表达式或转换命名

  • 函数名称作为表达式或转换出现（包括具名函数、重载运算符、用户定义的转换、operator new 的用户定义放置形式、非默认初始化），如果它被重载决议选中，则该函数被该表达式命名，除非它是非限定纯虚成员函数或指向纯虚函数的成员指针。
  • 类的分配或释放函数被出现在表达式中的new 表达式命名。
  • 类的释放函数被出现在表达式中的delete 表达式命名。
  • 被选择用于复制或移动对象的构造函数被认为由表达式或转换命名，即使发生复制省略。在某些上下文中，使用纯右值不会复制或移动对象，请参阅强制省略。(自 C++17 起)

潜在求值表达式或转换如果命名了一个函数，则 odr-使用该函数。

潜在常量求值表达式或转换，如果命名了一个 constexpr 函数，则使其常量求值所必需，这将触发默认函数的定义或函数模板特化的实例化，即使表达式未求值。

 (自 C++11 起)

[编辑] 潜在结果

表达式 E 的潜在结果集是出现在 E 中的标识符表达式的（可能是空的）集合，按如下方式组合

  • 如果 E 是一个标识符表达式，则表达式 E 是其唯一的潜在结果。
  • 如果 E 是下标表达式（E1[E2]），其中一个操作数是数组，则该操作数的潜在结果包含在该集合中。
  • 如果 E 是形式为 E1.E2 或 E1.template E2 的类成员访问表达式，命名一个非静态数据成员，则 E1 的潜在结果包含在该集合中。
  • 如果 E 是命名静态数据成员的类成员访问表达式，则指定该数据成员的标识符表达式包含在该集合中。
  • 如果 E 是形式为 E1.*E2 或 E1.*template E2 的成员指针访问表达式，其第二个操作数是常量表达式，则 E1 的潜在结果包含在该集合中。
  • 如果 E 是带括号的表达式（(E1)），则 E1 的潜在结果包含在该集合中。
  • 如果 E 是左值条件表达式（E1 ? E2 : E3，其中 E2 和 E3 是左值），则 E2 和 E3 的潜在结果的并集都包含在该集合中。
  • 如果 E 是逗号表达式（E1, E2），则 E2 的潜在结果在潜在结果集中。
  • 否则，该集合为空。

[编辑] ODR 使用（非正式定义）

如果对象的值被读取（除非它是编译时常量）或写入，或者它的地址被获取，或者引用绑定到它，则该对象是 odr-使用的。

如果引用被使用，并且它的指示对象在编译时未知，则该引用是 odr-使用的。

如果对函数的函数调用被执行，或者它的地址被获取，则该函数是 odr-使用的。

如果一个实体是 odr-使用的，则它的定义必须存在于程序中的某个地方；违反这一点通常会导致链接时错误。

struct S
{
    static const int x = 0; // static data member
    // a definition outside of class is required if it is odr-used
};
 
const int& f(const int& r);
 
int n = b ? (1, S::x) // S::x is not odr-used here
          : f(S::x);  // S::x is odr-used here: a definition is required

[编辑] ODR 使用（正式定义）

变量 x，如果它被出现在点 P 的潜在求值表达式 expr 命名，则被 expr odr-使用，除非满足以下任何条件

  • x 是一个在 P 点可在常量表达式中使用的引用。
  • x 不是引用且(直到 C++26)expr 是表达式 E 的潜在结果集的一个元素，并且满足以下任何条件
    • E 是一个弃值表达式，并且没有对其应用左值到右值转换。
    • x 是一个非 volatile(自 C++26 起)对象，它在 P 点可在常量表达式中使用，并且没有 mutable 子对象，并且满足以下任何条件
 (自 C++26 起)
  • E 具有非 volatile 限定的非类类型，并且对其应用了左值到右值转换。
struct S { static const int x = 1; }; // applying lvalue-to-rvalue conversion
                                      // to S::x yields a constant expression
 
int f()
{
    S::x;        // discarded-value expression does not odr-use S::x
 
    return S::x; // expression where lvalue-to-rvalue conversion
                 // applies does not odr-use S::x
}

如果 this 作为潜在求值表达式出现（包括非静态成员函数调用表达式中的隐式 this），则 *this 是 odr-使用的。

如果结构化绑定作为潜在求值表达式出现，则它是 odr-使用的。

 (自 C++17 起)

在以下情况下，函数是 odr-使用的

  • 如果函数被（见下文）潜在求值表达式或转换命名，则该函数是 odr-使用的。
  • 虚成员函数，如果它不是纯虚成员函数，则是 odr-使用的（虚成员函数的地址需要构造虚函数表）。
  • 类的非放置分配或释放函数被该类的构造函数的定义 odr-使用。
  • 类的非放置释放函数被该类的析构函数的定义 odr-使用，或者被在虚析构函数的定义点查找时选中 odr-使用。
  • 类 T 中的赋值运算符，如果是另一个类 U 的成员或基类，则被 U 的隐式定义的复制赋值或移动赋值函数 odr-使用。
  • 类的构造函数（包括默认构造函数）被选择它的初始化 odr-使用。
  • 类的析构函数，如果是潜在调用的，则是 odr-使用的。
本节不完整
原因：使 odr-使用产生影响的所有情况的列表

[编辑] 缺陷报告

以下行为变更的缺陷报告被追溯应用于先前发布的 C++ 标准。

DR 应用于 已发布行为 正确行为
CWG 261 C++98 多态类的释放函数
即使程序中没有相关的
new 或 delete 表达式，也可能被 odr-使用		 补充了
odr-使用情况以覆盖
构造函数和析构函数
CWG 678 C++98 一个实体可能具有
具有不同语言连接的定义		 这种情况下行为是
未定义的
CWG 1472 C++98 满足
常量表达式要求的引用变量即使
立即应用左值到右值转换也会被 odr-使用		 在这种情况下它们不是
odr-使用的
CWG 1614 C++98 获取纯虚函数的地址会 odr-使用它 该函数不是 odr-使用的
CWG 1741 C++98 在潜在求值表达式中立即进行左值到右值
转换的常量对象会被 odr-使用		 它们不是 odr-使用的
CWG 1926 C++98 数组下标表达式没有传播潜在结果 它们会传播
CWG 2242 C++98 尚不清楚仅在其部分定义中
常量初始化的 const 对象是否违反 ODR		 ODR 没有被违反；对象是
在这种情况下是常量初始化的
CWG 2300 C++11 不同翻译单元中的 lambda 表达式
永远不可能具有相同的闭包类型		 闭包类型可以是
在单一定义规则下相同
CWG 2353 C++98 静态数据成员不是潜在结果
访问它的成员访问表达式的		 它是
CWG 2433 C++14 变量模板不能在程序中具有
多个定义		 它可以

[编辑] 引用

  • C++23 标准 (ISO/IEC 14882:2024)
  • 6.3 单一定义规则 [basic.def.odr]
  • C++20 标准 (ISO/IEC 14882:2020)
  • 6.3 单一定义规则 [basic.def.odr]
  • C++17 标准 (ISO/IEC 14882:2017)
  • 6.2 单一定义规则 [basic.def.odr]
  • C++14 标准 (ISO/IEC 14882:2014)
  • 3.2 单一定义规则 [basic.def.odr]
  • C++11 标准 (ISO/IEC 14882:2011)
  • 3.2 单一定义规则 [basic.def.odr]
  • C++03 标准 (ISO/IEC 14882:2003)
  • 3.2 单一定义规则 [basic.def.odr]
  • C++98 标准 (ISO/IEC 14882:1998)
  • 3.2 单一定义规则 [basic.def.odr]
取自“https://cppreference.cn/mwiki/index.php?title=cpp/language/definition&oldid=178487”