具有模板的对象文件如何链接在一起

Question

想象一下,我们有三个.h文件:

f.h:

template <typename T> class Class {public: Class() {} T id(T x) { return x; }};

g.h:

template <typename T> class Class {public: Class() {} T id(T x) { return x + 100; }};

h.h:

template <typename T> class Class {public: Class(); T id(T x); };

现在,我们还有三个.cpp文件:

f.cpp:

#include "f.h"
int f(int x) { Class<int> t; return t.id(x); }

g.cpp:

#include "g.h"
int g(int x) { Class<int> t; return t.id(x);  }

h.cpp:

#include "h.h"
int h(int x) { Class<int> t; return t.id(x); }

编译它们给了我们f.o,g.o和h.o.现在让我们抛出这个main.cpp:

#include <stdio>

extern int f(int);
extern int g(int);
extern int h(int);

int main() {
   std::cout << f(1) << std::endl;
   std::cout << g(2) << std::endl;
   std::cout << h(3) << std::endl;
}

啊 - 让我们做g++ main.cpp f.o g.o h.o.现在出乎我的意料:由于这三个.o文件包含三个不同的定义int Class<int>::id(int),我希望得到一个链接错误.但是,我得到的是一个工作a.out,打印1 2 3.如果我.o在命令中重新排序文件,它将打印101 102 103.

现在对于实际问题:链接器在这种情况下如何执行链接？它如何确定Class<int>要保留的实例和要丢弃的内容？为什么它不抱怨多个定义？

nm实用程序提供以下输出nm f.o g.o h.o:

f.o:
00000000 b .bss
00000000 d .data
00000000 t .text
00000000 t .text$_ZN5ClassIiE2idEi
00000000 t .text$_ZN5ClassIiEC1Ev
00000000 T __Z1fi
00000000 T __ZN5ClassIiE2idEi
00000000 T __ZN5ClassIiEC1Ev

g.o:
00000000 b .bss
00000000 d .data
00000000 t .text
00000000 t .text$_ZN5ClassIiE2idEi
00000000 t .text$_ZN5ClassIiEC1Ev
00000000 T __Z1gi
00000000 T __ZN5ClassIiE2idEi
00000000 T __ZN5ClassIiEC1Ev

h.o:
00000000 b .bss
00000000 d .data
00000000 d .eh_frame
00000000 t .text
00000000 T __Z1hi
         U __ZN5ClassIiE2idEi
         U __ZN5ClassIiEC1Ev

显然,f.o和g.o两个出口标志__ZN5ClassIiE2idEi,以及h.o进口该符号(大写字母的意思是外部链接).它不会导致任何错误.为什么？

Answer 1

这个问题实际上是众所周知的：您违反了 ODR。由于模板的性质，编译器和链接器不会注意到这一点。发生的情况如下：

链接器假定ODR 尚未被违反，因此可以自由使用模板的任何实例化（即，具有相同参数的模板的所有实例化都会生成完全相同的代码）。只要您不违反 ODR，该系统就有意义。

现在，在您的情况下，链接器选择使用它获得的第一个实例化，这导致结果取决于链接的顺序。