为什么c++将不同模块中定义的同名变量放入内存中的相同地址？

Question

让我们使用头文件 var.h

#include <iostream>

class var
  {public:
      var () {std::cout << "Creating var at " << this << std::endl; }
      ~var () {std::cout << "Deleting var at " << this << std::endl; }
  };

和两个源文件，第一个 lib.cpp

#include "var.h"
var A;

和第二个 app.cpp

#include "var.h"

var A;

int main ()
  {return 0;
  }

然后，如果我尝试编译它们

g++ -c app.cpp
g++ -c lib.cpp
g++ -o app app.o lib.o

链接器返回多重定义变量错误。但是，如果我将其编译到共享库+主应用程序上，

g++ -fPIC -c lib.cpp
g++ --shared -o liblib.so lib.o
g++ -fPIC -c app.cpp
g++ -o app -llib -L . app.o

它的链接不会出现错误。但是程序无法正常工作：

./app
Creating var at 0x6013c0
Creating var at 0x6013c0
Deleting var at 0x6013c0
Deleting var at 0x6013c0

因此在同一内存地址创建了不同的变量！例如，当库和应用程序期望它们具有不同的值（在本例中为对象字段的值）时，这可能会带来严重的麻烦。

if class var do 内存分配/删除 valgrind 会警告访问最近删除的块中的内存。

是的，我知道我可以使用 static var A; 而不是 var A; 并且两种编译方式都可以正常工作。我的问题是：为什么不能在不同的库中使用同名的变量（甚至函数？）？库创建者可能对彼此使用的名称一无所知，并且不会被警告使用static。为什么 GNU linked 不警告这种冲突？

而且，顺便说一句，dlload 会陷入同样的​​麻烦吗？

UPD。感谢大家解释命名空间和外部，我明白为什么相同的符号被放置到相同的内存地址中，但我仍然不明白为什么没有显示链接错误，甚至没有显示有关双重定义变量的警告，但在第二种情况下生成了错误的代码。

Answer 1

我的问题是：为什么不能使用同名变量（甚至函数？）
在不同的库中？

你可以。您缺少的是声明

var A;

没有定义在库中使用的符号 A 。他们正在定义要导出的符号，以便任何其他编译单元都可以引用它！

例如，如果在 app.cpp 中，您声明

extern var A;

这将意味着声明“A 是一个 var 类型的变量，其他编译单元将使用该变量定义和导出”——通过对您的设置进行此修改，这将使 app.cpp 显式请求使用 lib.cpp< 中名为 A 的对象/代码> 已导出。

您的设置存在的问题是您有两个不同的编译单元都试图导出相同的符号 A，这会导致冲突。

Why GNU linked doesn't warn about this conflict?

因为 GNU 无法知道您希望 A 成为编译单元私有的变量，除非您告诉 GNU 它应该是编译单元私有的。这就是static 在此上下文中的含义。

Answer 2

目前尚不清楚您是在问这是否应该发生，或者其理由是什么。

首先，这是必需的行为。根据 C++ 标准第 3.2 节的“单一定义规则”，如果多个翻译单元包含相同的定义（并且满足某些其他要求），则程序的行为应如同存在单个定义一样。在存在多个定义的任何其他情况下，行为是未定义的。

如果您问这条规则的基本原理是什么，那么它通常就是您想要的。您的编译器可能有一个选项，如果多个定义未标记为 extern，则会发出警报。

Answer 3

不同的库应该有不同命名的全局变量和全局函数，否则会发生非常不愉快的事情（例如，当多次使用dlopen时...... ）。

按照惯例，行为良好的库在 C 中使用公共前缀（如 gtk ），或在 C++ 中使用命名空间。

库应该最小化全局状态（在 C++ 中，它可能应该是类内的静态数据）。

您还可以使用 visibility 函数属性被海湾合作委员会接受。

Answer 4

具有 extern 链接的符号（在本例中是默认的）对于其他翻译单元是可见的。这是为了允许源文件、库等之间存在接口。

定义的存在或不存在不会改变访问哪个对象。程序员负责安排声明和定义，以便对象始终在使用前声明并始终只定义一次（单一定义规则）。

最好的解决方案是将私有全局变量放入未命名的命名空间中，这样看起来相同的定义仍然可能不同。

lib.cpp

#include "var.h"
namespace { // unnamed namespace
    var A; // object inaccessible to other translation units
}

应用程序.cpp

#include "var.h"

namespace { // different unnamed namespace
    var A; // different object
}

int main ()
  {return 0;}

Answer 5

稍微简化的答案：“库”是一个实现细节。所有目标文件在执行之前都组合（链接）到一个单个单元（可执行文件）。链接完成后，就不再有库、原始源文件等的踪迹——重要的是最终的可执行文件。

现在，您似乎感到惊讶的是，程序中的相同全局名称（= 将所有内容连接在一起的最终结果）始终引用同一个对象。如果不是这样的话，不是会很混乱吗？

如果 file1.cpp 和 file2.cpp 都定义了一个具有外部链接的变量 A，那么编译器和链接器应该如何知道您是否需要一个或两个不同的对象？更重要的是，阅读代码的人如何知道原作者是否想要创建一个或两个对象？