链接静态库时内联函数的多个定义

Question

我有一个C++程序,我用mingw编译(gcc for Windows).使用包含gcc 4.4.1的mingw的TDM版本.可执行文件链接到两个静态库(.a)文件:它们是用C编写的第三方库; 另一个是由我编写的C++库,它使用C库提供我自己的C++ API.

在我看来,(在我看来,过多)部分C库的功能是在内联函数中实现的.当你使用C库的API时,你无法避免包含内联函数,但当我尝试将它们全部链接在一起时,我会收到链接错误,说明所有内联函数都有多个定义 - 我都有在我的C++包装器库中调用,而我没有调用它,基本上在头文件中内联定义的任何内容都在C库和C++库中为它创建了一个函数.

当包含文件在同一项目中的不同.c或.cpp文件中多次使用时,它不会导致多个定义错误; 问题只是它为每个库生成一个定义.

编译器如何/为什么在两个库中为这些内联函数生成函数和符号？如何强制它停止在我的代码中生成它们？是否有一个工具可以运行以从.a文件中删除重复的函数,或者是一种使链接器忽略多个定义的方法？

(仅供参考,第三方库在其所有标题中都包含#ifdef __cplusplus和extern"C"保护;无论如何,如果这是问题,它不会导致符号的多重定义,它会导致相反的问题,因为符号会不确定或至少不同.)

值得注意的是,如果我链接到第三方C库的DLL,则不会发生链接错误; 然而,我得到奇怪的运行时故障似乎与我的代码有关,它应该从DLL调用自己的函数版本.(好像编译器正在创建我没有要求的本地版本的函数.)

之前已经问过这个问题的类似版本,但是,我没有找到任何这些问题的答案:

这个问题的答案是海报是多个定义变量,我的问题是内联函数的多重定义: 重复多重定义错误在多个cpps中包含相同的标题

这是一个MSVC计划,但我正在使用mingw; 另外,海报在这个问题中的问题是在标题中类主体之外定义C++类构造函数,而我的问题是内联的C函数: 静态Lib多重定义问题

这个傻瓜将他的所有C代码重命名为C++文件,他的C代码不是C++ - 安全:链接时 多个std :: functions的多个定义

这个只是想知道为什么违反一个定义规则不是错误: 具有不同定义的内联函数的不可预测的行为

Answer 1

首先,你必须了解C99内联模型 - 也许你的标题有问题.对于具有外部(非静态)链接的内联函数,有两种定义

• 外部定义
  函数的定义只能在整个程序中出现一次,在指定的TU中.它提供了可以从其他TU使用的导出功能.

• 内联定义
  它们出现在每个TU中,并声明为单独的定义.该定义也并不需要是彼此相同或外部定义.如果在库中使用内部函数,则可以省略对函数参数的检查,否则这些参数将在外部定义中完成.

函数的每个定义都有自己的局部静态变量,因为它们的本地声明没有链接(它们不像C++那样共享).如果,非静态内联函数的定义将是内联定义

• TU中的每个函数声明都包含说明符inline和
• TU中没有函数声明包含说明符extern.

否则,必须出现在该TU中的定义(因为内联函数必须在声明的同一个TU中定义)是外部定义.在对内联函数的调用中,未指定是使用外部定义还是内联定义.但是,因为在所有情况下定义的函数仍然相同(因为它具有外部链接),所以无论出现多少内联定义,它的地址在所有情况下都相等.因此,如果您使用函数的地址,编译器可能会解析为外部定义(特别是如果禁用了优化).

演示错误使用的示例inline,因为它在两个TU中包含两次函数的外部定义,从而导致多重定义错误

// included into two TUs
void f(void); // no inline specifier
inline void f(void) { }

以下程序很危险,因为编译器可以自由使用外部定义,但程序不提供

// main.c, only TU of the program
inline void g(void) {
  printf("inline definition\n");
}

int main(void) {
  g(); // could use external definition!
}

我使用GCC进行了一些测试用例,进一步证明了这种机制:

main.c中

#include <stdio.h>

inline void f(void);

// inline definition of 'f'
inline void f(void) {
  printf("inline def main.c\n");
}

// defined in TU of second inline definition
void g(void);

// defined in TU of external definition
void h(void);

int main(void) {
  // unspecified whether external definition is used!
  f();
  g();
  h();

  // will probably use external definition. But since we won't compare
  // the address taken, the compiler can still use the inline definition.
  // To prevent it, i tried and succeeded using "volatile". 
  void (*volatile fp)() = &f;
  fp();
  return 0;
}

main1.c

#include <stdio.h>

inline void f(void);

// inline definition of 'f'
inline void f(void) {
  printf("inline def main1.c\n");
}

void g(void) {
  f();
}

main2.c

#include <stdio.h>

// external definition!
extern inline void f(void);

inline void f(void) {
  printf("external def\n");
}


void h(void) {
  f(); // calls external def
}

现在,该计划输出了我们的预期!

$ gcc -std=c99 -O2 main.c main1.c main2.c
inline def main.c
inline def main1.c
external def
external def

查看符号表,我们将看到内联定义的符号不会被导出(from main1.o),而外部定义将被导出(from main2.o).

现在,如果您的静态库每个都有其内联函数的外部定义(正如它们所应),它们自然会相互冲突.解决方案是使内联函数静态或仅重命名它们.这些将始终提供外部定义(因此它们是完整的定义),但它们不会导出,因为它们具有内部链接,因此不会冲突

static inline void f(void) {
  printf("i'm unique in every TU\n");
}