什么是单一定义规则？

Question

C++ 中的单一定义规则到底说了什么？ 我能找到的唯一值得信赖的地方是《C++ 编程语言，第 3 版》。编辑，第 9.2.3 页。除此之外，该规则还有其他官方定义吗？

Answer 1

真相就在标准中（3.2 一个定义规则）：

翻译单元不得包含更多内容
比任何变量的一个定义，
函数、类类型、枚举类型
或模板。

[...]

每个程序都应准确包含
每个非内联的一个定义
使用的函数或对象
该程序；无需诊断。
定义可以明确地出现
在程序中，可以找到
标准或用户定义的库，或
（在适当的时候）它是隐式的
定义（见 12.1、12.4 和 12.8）。一个
内联函数应定义在
它所在的每个翻译单元
使用过。

Answer 2

“单一定义规则”是 [basic.def.odr] C++ 标准中的子条款。
本节包含许多规则。
我将总结最重要的一些。

首先，您不能在同一个文件中多次定义某个内容。如果您在多个文件中定义某些内容，则定义必须相同。此外，如果你使用某种东西，它的定义就必须存在。

以下部分更详细地描述了这一点。

每个翻译单元只有一个定义^[1]

第一个也是最基本的规则是 [basic.def.odr] p2：

翻译单元不得包含任何一个以上的定义可定义项。

例如，这意味着您不能编写以下内容：

void foo() {} // OK
void foo() {} // error, more than one definition of foo in the same TU

实际上，编译器会引发错误，告诉您“重新定义 foo”。

---

^[1] _{翻译单元基本上是一个 C++ 源文件。标头不是翻译单元，它包含在翻译单元中。}

每个程序只有一个定义，不包括模板和内联

此外，[basic.def.odr] p14 调节多个翻译单元之间发生的情况：

对于任何在多个翻译单元中定义的可定义项D，

• 如果 D 是非内联非模板化函数或变量，或者
• 如果不同翻译单元中的定义不满足以下要求，

程序格式不正确； [...]

例如，这意味着您不能在不同的源文件中有两个定义 void foo() {}。实际上，这会导致链接器错误告诉您“foo 的多个定义”。

模板和内联函数很特殊，因为它们可以在多个翻译单元中定义，只要这些定义遵循严格的规则即可。本质上，定义必须是等效的。例如：

// a.cpp
inline int bar() { return 0; }
// b.cpp
inline int bar() { return 0; } // OK
// c.cpp
inline int bar() { return 1; } // ill-formed, no diagnostic required

请注意，此规则对于标头非常重要。 #include 本质上是将代码复制/粘贴到翻译单元中，因此在标头中定义任何内容都有违反此规则的风险。

odr 使用的所有内容都必须定义^[2]

第三，它还定义了所谓的 odr-use。直观上， odr-use 意味着您使用了一些以一种其定义需要存在的方式构建。
例如：

int foo(); // declaration, not a definition

using foo_type = decltype(foo); // decltype (unevaluated operand) is not odr-use.
int x = foo(); // calling a function is odr-use

odr-use 会产生后果，在 [basic.def.odr] p11 中说明：

每个程序应至少包含每个函数或变量的一个定义 丢弃之外的该程序中使用了“noreferrer”odr声明；无需诊断。

实际上，如果您使用一个函数并且它没有在任何地方定义，您会收到一个链接器错误，告诉您“没有定义 foo”。

---

^[2] _{这个术语最初只是被称为“使用”； C++11 引入了术语“odr-use”以使其更加正式。}