是否需要定义所有前向声明？

Question

一般来说，我想知道像这样的程序（包含从未定义的类的前向声明）在技术上是否格式良好？

class X;
int main() {}

这样的模式是否

// lib.h
#pragma once

struct X {
private:
  friend class F;
};

更具体地说，我想知道如果 lib.h 属于不包含类 F 定义的共享库，那么编写 安全，也不依赖于另一个共享库。

使用头文件的人是否有可能最终引用符号 F ，这可能会在加载共享库时导致链接器错误？

Answer 1

根据标准[basic.odr.def]：

每个程序都应包含每个非内联的确切定义
在该程序外部使用的函数或变量
丢弃的语句（8.5.1）；

关键部分是odr-used，它由代码中可能使用该函数的所有其他位置决定。如果它没有在任何（可能评估的）表达式中命名，则它不会被 odr 使用，也不需要有定义。

更远：

如果函数是唯一的，则该函数由表达式或转换命名
名称查找的结果或一组重载的选定成员
重载决策中的函数（6.5、12.4、12.5）执行为
形成该表达式或转换的一部分，除非它是纯粹的
虚函数且表达式不是 id 表达式
使用显式限定名称或
表达式形成一个指向成员的指针 (7.6.2.1)。

声明函数不需要定义它。调用它、获取其地址或任何其他需要知道函数位置的表达式（获取其地址或调用它）都需要该函数存在，否则链接器将无法链接这些用途到定义。如果没有用途，则不存在对这些符号的依赖性。

同样，对于类，同样的推理也适用。再次，从标准来看：

类的定义需要在每个上下文中都可访问
其中类的使用方式要求类类型是
完成。

[示例：以下完整的翻译单元格式良好，
即使它从未定义 X：

struct X;     // declare X as a struct type
struct X* x1; // use X in pointer formation
X* x2;        // use X in pointer formation

— 结束示例]

为了完整性，标准给出的类类型 T 需要完整的原因是：

• 定义了类型 T 的对象、
• 类型 T 的非静态类数据成员是声明的
• T 用作 new 表达式中的分配类型或数组元素类型
• 左值到右值转换应用于引用 T 类型对象的左值
• 表达式被转换（隐式或显式）为 T
• 类型表达式不是空指针常量，并且具有除 cv void* 之外的类型，使用标准转换、dynamic_cast 或 a 转换为指向 T 的类型指针或对 T 的引用
  static_cast
• 将类成员访问运算符应用于 T 类型的表达式
• 将 typeid 运算符或 sizeof 运算符应用于 T 类型的操作数
• 返回类型或参数类型为 T 类型的函数 定义或称为
• 具有基类的类定义类型 T 的类 类型
• T 的左值被分配给
• 类型 T 是alignof 表达式的主题
• 异常声明具有类型 T、对 T 的引用或指向 T 的指针

Answer 2

是的，代码格式良好。

您没有以需要 X 完整的方式使用 X。
仅当您尝试创建不完整类型的对象、使用成员或任何需要定义的内容时，才会出现编译器错误。

不完整的类型很好，它们只是……不完整。通常，类型所需的只是声明，而定义并不重要。

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作为一个示例，考虑标记类型，这是一种模板类型，其模板参数仅用于创建与模板不同的类型：

#include <type_traits>
#include <iostream>

template <typename tag>
struct tagged_type {
     // nothing in here uses tag
     // tag is only there to make tagged_type<X> and tagged_type<Y> different types
};

struct tagA;
struct tagB;

int main() {
    using A = tagged_type<tagA>;
    using B = tagged_type<tagB>;
    std::cout << std::is_same_v<A,B>;
}

标记 tagA 和 tagB 不需要定义。它们仅用作标签，以区分 A 和 B。 A 和 B 基本上是相同的类型，但标签使它们成为不同的类型。