返回前向声明的结构是否是未定义的行为？

Question

我有以下代码（为了简单起见，省略了 include-guards）：

= foo.hpp =

struct FOO
{
  int not_used_in_this_sample;
  int not_used_in_this_sample2;
};

= main.cpp =

#include "foo_generator.hpp"
#include "foo.hpp"

int main()
{
  FOO foo = FooGenerator::createFoo(0xDEADBEEF, 0x12345678);

  return 0;
}

= foo_generator.hpp =

struct FOO; // FOO is only forward-declared

class FooGenerator
{
  public:

    // Note: we return a FOO, not a FOO&
    static FOO createFoo(size_t a, size_t b);
};

= foo_generator.cpp =

#include "foo_generator.hpp"
#include "foo.hpp"

FOO FooGenerator::createFoo(size_t a, size_t b)
{
  std::cout << std::hex << a << ", " << b << std::endl;

  return FOO();
}

这段代码就目前而言，编译得很好，没有任何警告。如果我的理解是正确的，它应该输出：

deadbeef, 12345678

但相反，它随机显示：

12345678, 32fb23a1

或者只是崩溃。

如果我用 #include "foo.hpp" 替换 foo_generator.hpp 中 FOO 的前向声明，那么它就可以工作。

所以这是我的问题：返回前向声明的结构是否会导致未定义的行为？或者可能会出现什么问题？

使用的编译器：MSVC 9.0 和 10.0（均显示该问题）

Answer 1

根据 8.3.5.6，这应该没问题：“不是定义的函数声明的参数类型或返回类型可能是不完整的类类型。”

Answer 2

我想我也遇到了同样的问题。
小返回值类型会发生这种情况，并且标头包含的顺序很重要。为了避免这种情况，不要使用返回值类型前向声明或以相同的顺序包含标头。

有关可能的解释，请查看以下内容：

func.h

struct Foo;
Foo func();

func.cpp

#include "func.h"
#include "foo.h"
Foo func()
{
    return Foo();
}

foo.h

struct Foo
{
    int a;
};

请注意，整个 Foo 适合单个 CPU 寄存器。

func.asm (MSVS 2005)

$T2549 = -4                     ; size = 4
___$ReturnUdt$ = 8                  ; size = 4
?func@@YA?AUFoo@@XZ PROC                ; func

; 5    :     return Foo();

    xor eax, eax
    mov DWORD PTR $T2549[ebp], eax
    mov ecx, DWORD PTR ___$ReturnUdt$[ebp]
    mov edx, DWORD PTR $T2549[ebp]
    mov DWORD PTR [ecx], edx
    mov eax, DWORD PTR ___$ReturnUdt$[ebp]

当声明 func() 时，Foo 的大小未知。它不知道如何返回 Foo。因此 func() 期望指针返回值存储作为其参数。这是_$ReturnUdt$。 Foo() 的值被复制到那里。

如果我们更改 func.cpp 中的标头顺序，我们会得到：

func.asm

$T2548 = -4                     ; size = 4
?func@@YA?AUFoo@@XZ PROC                ; func

; 5    :     return Foo();

    xor eax, eax
    mov DWORD PTR $T2548[ebp], eax
    mov eax, DWORD PTR $T2548[ebp]

现在编译器知道 Foo 足够小，因此它通过寄存器返回，不需要额外的参数。

main.cpp

#include "foo.h"
#include "func.h"
int main()
{
    func();
    return 0;
}

请注意，当声明 func() 时，Foo 的大小是已知的。

main.asm

; 5    :     func();

    call    ?func@@YA?AUFoo@@XZ         ; func
    mov DWORD PTR $T2548[ebp], eax

; 6    :     return 0;

因此编译器假设 func() 将通过寄存器返回值。它不会传递指向临时位置的指针来存储返回值。
但是，如果 func() 需要指针，它就会写入内存，从而破坏堆栈。

让我们更改标头顺序，以便 func.h 首先出现。

main.asm

; 5    :     func();

    lea eax, DWORD PTR $T2548[ebp]
    push    eax
    call    ?func@@YA?AUFoo@@XZ         ; func
    add esp, 4

; 6    :     return 0;

编译器传递 func() 期望的指针，因此不会导致堆栈损坏。

如果 Foo 的大小大于 2 个整数，编译器将始终传递指针。

Answer 3

它在 GCC 下对我来说工作得很好。我不知道为什么它不会，因为 foo.hpp 包含在 foo_generator.hpp 之前。