如果内联是可选的，为什么删除“inline”会导致错误？ 导致链接器错误？

Question

我有一个具有内联成员的类，但后来我决定要从标头中删除实现，因此我将函数的成员主体移到了 cpp 文件中。 起初我只是在头文件中留下了内联签名（我太草率了），程序无法正确链接。 然后我修复了我的标题，当然一切都正常。

但是 inline 不是完全可选的吗？

在代码中：

First:

//Class.h
class MyClass
{
   void inline foo()
   {}
};

Next 更改为 (不会链接):

//Class.h
class MyClass
{
   void inline foo();
};

//Class.cpp
void MyClass::foo()
{}

然后更改为 (会正常工作):

//Class.h
class MyClass
{
   void foo();
};

//Class.cpp
void MyClass::foo()
{}

我认为 inline 是可选的，并想象我可能会得到对我的草率提出警告，但没想到会出现链接错误。 在这种情况下，编译器应该做的正确/标准的事情是什么？根据标准，我应该承担我的错误吗？

Answer 1

事实上，有这样一个定义规则：内联函数必须在它使用的每个翻译单元中定义。 血淋淋的细节如下。 第一个 3.2/3：

每个程序都应包含该程序中使用的每个非内联函数或对象的一个​​定义； 无需诊断。 该定义可以显式地出现在程序中，可以在标准或用户定义的库中找到，或者（在适当的情况下）它是隐式定义的（参见12.1、12.4和12.8）。
内联函数应在使用它的每个翻译单元中定义。

当然还有 7.1.2/4：

内联函数应在使用它的每个翻译单元中定义，并且在每种情况下都应具有完全相同的定义（3.2）。 [注意：在其定义出现在翻译单元中之前，可能会遇到对内联函数的调用。 ] 如果具有外部链接的函数在一个翻译单元中声明为内联，则应在它出现的所有翻译单元中声明为内联； 无需诊断。 具有外部链接的内联函数在所有翻译单元中应具有相同的地址。 外部内联函数中的静态局部变量始终引用同一个对象。 外部内联函数中的字符串文字是不同翻译单元中的同一对象。

但是，如果您在类定义中定义函数，则它会隐式声明为 inline 函数。 这将允许您在程序中多次包含包含该内联函数体的类定义。 由于该函数具有外部链接，因此它的任何定义都将引用相同函数（或更血淋淋的 - 相同实体）。

关于我的主张的血淋淋的细节。 第一个 3.5/5：

此外，如果类的名称具有外部链接，则成员函数、静态数据成员、类或类范围的枚举也具有外部链接。

然后3.5/4：

具有命名空间范围的名称具有外部链接，如果它是命名类（第 9 条）的名称，或者是在 typedef 声明中定义的未命名类，其中该类具有用于链接目的的 typedef 名称.

这个“用于链接目的的名称”是一件有趣的事情：

typedef struct { [...] } the_name;

由于现在您的程序中对同一实体有多个定义，ODR 的另一件事恰好限制了您。 3.2/5 接下来是无聊的东西。

程序中可以有多个类类型（第 9 条）、枚举类型（7.2）、具有外部链接的内联函数（7.1.2）[...] 的定义，前提是每个定义都出现在不同的翻译单位，且定义满足以下要求。 给定这样一个名为 D 的实体在多个翻译单元中定义，那么

• D 的每个定义应由相同的标记序列组成； 和
• 在 D 的每个定义中，根据 3.4 查找的相应名称应引用 D 定义内定义的实体，或者在重载决策（13.3）和部分模板匹配之后应引用相同的实体专业化 (14.8.3) [...]

我现在剪掉了一些不重要的东西。 以上是关于内联函数需要记住的两个重要内容。 如果您多次定义外部内联函数，但以不同的方式定义它，或者如果您定义它并且其中使用的名称解析为不同的实体，那么您将执行未定义的行为。

必须在使用该函数的每个 TU 中定义该函数的规则很容易记住。 而且它是相同的也很容易记住。 但是名称解析呢？ 这里有一些例子。 考虑一个静态函数 assert_it：

static void assert_it() { [...] }

现在，由于 static 会给它内部链接，当你将它包含到多个翻译单元中时，每个定义都会定义一个不同的实体。 这意味着您不允许从将在程序中多次定义的外部内联函数中使用assert_it：因为发生的情况是内联函数将引用一个 TU 中名为 assert_it 的实体，但另一个 TU 中另一个同名的实体。 您会发现这一切都是无聊的理论，编译器可能不会抱怨，但我发现这个示例特别显示了 ODR 和实体之间的关系。

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接下来再次回到您的特定问题。

以下是相同的内容：

struct A { void f() { } };
struct A { inline void f(); }; void A::f() { } // same TU!

但这一个不同，因为该函数是非内联的。 您将违反 ODR，因为如果多次包含标头，您就有多个 f 定义

struct A { void f(); }; void A::f() { } // evil!

现在，如果您将 inline 放在 f 的声明上 在类中，但随后省略在标头中定义它，那么您就违反了 3.2/3 （和 7.1.2/4 说的是同样的事情，只是更详细），因为该函数未在该翻译单元中定义！

请注意，在 C (C99) 中，内联具有与 C++ 中不同的语义。 如果你创建一个外部内联函数，你应该首先阅读一些好的论文（最好是标准），因为这些在 C 中确实很棘手（基本上，任何使用的函数的内联定义都需要另一个非内联函数定义在另一个TU. C 中的静态内联函数很容易处理，除了 C 和 C++ 中通常的“内联替换”提示仅用作内联之外。由于 static 在任何时候使用时都会创建一个不同的实体（由于内部链接），因此 inline 将仅添加内联替换提示 - 而不是更多。

Answer 2

该方法是否实际内联由编译器自行决定。 然而inline关键字的存在也会影响方法的链接。

C++ 链接不是我的专长，因此我将遵循链接以获得更好的解释。

• http://publib.boulder.ibm.com/infocenter/zos/v1r9/index.jsp?topic=/com.ibm.zos.r9.cbclx01/inline_linkage.htm
• http://en.wikipedia.org/wiki/Inline_function

或者，您也可以等待litb 在一个小时左右提供血淋淋的细节;)

Answer 3

需要注意的是：当方法被声明为内联时，它的定义必须与其声明在一起。

Answer 4

关于harrath.jr的答案，如果方法的定义具有“inline”关键字，并且该定义在同一标头中可用，则不需要声明内联方法，ie：

class foo
{
  void bar();
};

inline void foo::bar()
{
  ...
}

这对于有条件内联方法很有用取决于构建是“debug”还是“release”，如下所示：

// Header - foo.h

class foo
{
  void bar();  // Conditionally inlined.
};

#ifndef FOO_DEBUG
# include "foo.inl"
#endif

“内联”文件可能如下所示：

// Inline Functions/Methods - foo.inl
#ifndef FOO_DEBUG
# define FOO_INLINE inline
#else
# define FOO_INLINE
#endif

FOO_INLINE void foo::bar()
{
  ...
}

并且实现可能如下所示

// Implementation file - foo.cpp
#ifdef FOO_DEBUG
# include "foo.inl"
#endif

...

：不太漂亮，但当激进的内联成为调试难题时，它有它的用处。