愉快地链接不兼容的类型会导致混乱

Question

我一直在尝试找出 g++ 的一些边界，尤其是链接 (C++) 对象文件。我发现了以下好奇心，在提问之前我试图尽可能压缩它。

代码

文件 common.h

#ifndef _COMMON_H
#define _COMMON_H

#include <iostream>

#define TMPL_Y(name,T) \
struct Y { \
  T y; \
  void f() { \
    std::cout << name << "::f " << y << std::endl; \
  } \
  virtual void vf() { \
    std::cout << name << "::vf " << y << std::endl; \
  } \
  Y() { \
    std::cout << name << " ctor" << std::endl; \
  } \
  ~Y() { \
    std::cout << name << " dtor" << std::endl; \
  } \
}

#define TMPL_Z(Z) \
struct Z { \
  Y* y; \
  Z(); \
  void g(); \
}

#define TMPL_Z_impl(name,Z) \
Z::Z() { \
  y = new Y(); \
  y->y = name; \
  std::cout << #Z << "(); sizeof(Y) = " << sizeof(Y) << std::endl; \
} \
void Z::g() { \
  y->f(); \
  y->vf(); \
}

#endif

使用 g++ -Wall -c a.cpp 编译的文件 a.cpp

#include "common.h"

TMPL_Y('a',char);

TMPL_Z(Za);

TMPL_Z_impl('a',Za);

文件 b.cpp > 使用 g++ -Wall -c b.cpp 编译 使用

#include "common.h"

TMPL_Y('b',unsigned long long);

TMPL_Z(Zb);

TMPL_Z_impl('b',Zb);

g++ -Wall ao bo main.cpp 编译并链接的文件 main.cpp

#include "common.h"

struct Y;
TMPL_Z(Za);
TMPL_Z(Zb);

int main() {
  Za za;
  Zb zb;
  za.g();
  zb.g();
  za.y = zb.y;
  return 0;
}

结果的./a.out 现在是

a ctor
Za(); sizeof(Y) = 8
a ctor  // <- mayhem
Zb(); sizeof(Y) = 12
a::f a
a::vf a
a::f b  // <- mayhem
a::vf b // <- mayhem

个问题

，我本来希望 g++ 会因为尝试链接 ao 和 而给我起一些令人讨厌的名字一起。尤其是 za.y = zb.y 的赋值是邪恶的。不仅 g++ 根本不抱怨，我希望它将具有相同名称 (Y) 的不兼容类型链接在一起，而且它完全忽略 中的辅助定义>bo（分别为b.cpp）。

我的意思是我并没有做一些太牵强的事情。两个编译单元可以对本地类使用相同的名称，特别是。在一个大项目中。

这是一个错误吗？有人能解释一下这个问题吗？

Answer 1

引用 Bjarne Stroustrup 的《C++ 编程语言》：

9.2 联动

函数、类、模板、变量、命名空间、枚举和枚举器的名称必须在所有翻译单元中一致使用，除非明确指定为本地名称。

程序员的任务是确保每个名称空间、类、函数等在其出现的每个翻译单元中都得到正确声明，并且引用同一实体的所有声明都是一致的。 [...]

Answer 2

在您的示例中，您可以将 Y 的定义放入匿名命名空间中，如下所示：

#define TMPL_Y(name,T) \
namespace { \
    struct Y { \
      T y; \
      void f() { \
        std::cout << name << "::f " << y << std::endl; \
      } \
      virtual void vf() { \
        std::cout << name << "::vf " << y << std::endl; \
      } \
      Y() { \
        std::cout << name << " ctor" << std::endl; \
      } \
      ~Y() { \
        std::cout << name << " dtor" << std::endl; \
      } \
    }; \
}

这实际上为每个编译单元创建了一个唯一的命名空间，并且您实际上拥有唯一的 Y，并且链接器将能够正确关联。

至于声明，

za.y = zb.y;

这仍然会产生不可预测的结果，因为这两种类型不兼容。

Answer 3

在许多情况下，C++ 编译器不需要捕获错误。例如，其中许多错误是无法通过一次分析一个翻译单元来检测到的。

例如，如果您只是在头文件中声明

void foo(int x);

，然后在不同的翻译单元中为函数提供两个不同的定义，则无需使用模板创建复杂的情况，C++ 编译器不需要要求在链接时给出错误。

请注意，这显然不是不可能错误地发生，因为实际上甚至可能存在两个不同的标头，它们具有具有相同签名的全局函数，并且项目的一部分使用一个标头，而项目的一部分使用另一个标头。

如果您在两个具有不同声明和不同实现的不同头文件中声明某个类 Foo ，也会发生同样的情况。

这种命名滥用只是编译器不需要能够捕获的一种错误。