为什么以下代码使用 clang 而不是 gcc 编译

Question

#include <iostream>
#include <unordered_map>
#include <string>

struct tree_node {
  // tree_node() : attrib_val{"null"} {}
  std::unordered_map<std::string, tree_node> child;
};
int main(int argc, char const *argv[])
{
  return 0;
}

这段代码在我的 mac 上用 clang 编译得很好：

$ g++ --version
Configured with: --prefix=/Library/Developer/CommandLineTools/usr --with-gxx-include-dir=/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX10.14.sdk/usr/include/c++/4.2.1
Apple LLVM version 10.0.1 (clang-1001.0.46.4)
Target: x86_64-apple-darwin18.7.0
Thread model: posix
InstalledDir: /Library/Developer/CommandLineTools/usr/bin

$ g++ -std=c++11 test.cpp
$ 

在我的 linux 机器上，使用 gcc 9.1.0，我收到以下错误：

In file included from /usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/bits/stl_algobase.h:64,
                 from /usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/bits/char_traits.h:39,
                 from /usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/ios:40,
                 from /usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/ostream:38,
                 from /usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/iostream:39,
                 from test.cpp:1:
/usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/bits/stl_pair.h: In instantiation of ‘struct std::pair<const std::__cxx11::basic_string<char>, tree_node>’:
/usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/ext/aligned_buffer.h:91:28:   required from ‘struct __gnu_cxx::__aligned_buffer<std::pair<const std::__cxx11::basic_string<char>, tree_node> >’
/usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/bits/hashtable_policy.h:233:43:   required from ‘struct std::__detail::_Hash_node_value_base<std::pair<const std::__cxx11::basic_string<char>, tree_node> >’
/usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/bits/hashtable_policy.h:264:12:   required from ‘struct std::__detail::_Hash_node<std::pair<const std::__cxx11::basic_string<char>, tree_node>, true>’
/usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/bits/hashtable_policy.h:2016:13:   required from ‘struct std::__detail::_Hashtable_alloc<std::allocator<std::__detail::_Hash_node<std::pair<const std::__cxx11::basic_string<char>, tree_node>, true> > >’
/usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/bits/hashtable.h:173:11:   required from ‘class std::_Hashtable<std::__cxx11::basic_string<char>, std::pair<const std::__cxx11::basic_string<char>, tree_node>, std::allocator<std::pair<const std::__cxx11::basic_string<char>, tree_node> >, std::__detail::_Select1st, std::equal_to<std::__cxx11::basic_string<char> >, std::hash<std::__cxx11::basic_string<char> >, std::__detail::_Mod_range_hashing, std::__detail::_Default_ranged_hash, std::__detail::_Prime_rehash_policy, std::__detail::_Hashtable_traits<true, false, true> >’
/usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/bits/unordered_map.h:105:18:   required from ‘class std::unordered_map<std::__cxx11::basic_string<char>, tree_node>’
test.cpp:7:46:   required from here
/usr/um/gcc-9.1.0/include/c++/9.1.0/bits/stl_pair.h:215:11: error: ‘std::pair<_T1, _T2>::second’ has incomplete type
  215 |       _T2 second;                /// @c second is a copy of the second object
      |           ^~~~~~
test.cpp:5:8: note: forward declaration of ‘struct tree_node’
    5 | struct tree_node {

由于某种原因，它不喜欢tree_nodeas 值unordered_map。

Answer 1

这是未定义的行为，由[res.on.functions]/2.5：

[如果]不完整的类型（[basic.types]）在实例化模板组件或评估概念时用作模板参数，则效果未定义，除非该组件特别允许。

这是一个烦人的情况，我基本上必须证明此答案是否有效，但我发现标准中没有任何地方提到允许您在std::map. 因此，这个程序可以做任何事情。特别是，虽然 Clang 现在编译它，但它可能会在将来的任何时候停止工作，并且编译后的代码map专业化也有可能无法正常工作。某些容器，尤其是std::vector, 有一个子句允许它们在正确的条件下以不完整的类型实例化。但是这种情况是未定义的行为，因此编译器没有义务警告您或错误。以某种方式更改您的程序以避免这种情况。我相信以下是合法的，不会强迫您存储太多额外的指针。

struct tree_node {
  std::unique_ptr<std::unordered_map<std::string, tree_node>> child;
};

std::unique_ptr是一般禁止规则的一个例外——以不完整的类型实例化它是可以的（但它的一些成员并没有那么松懈）。我认为这意味着std::unordered_map<std::string, tree_node>不需要在需要完成tree_node专业化的定义的点std::unique_ptr上完成，因此std::unordered_map不会触发专业化并且避免了 UB，因为tree_node不需要完成。请注意，您仍然可以编写构造函数、函数、析构函数等而无需担心，因为所有这些定义都隐式地移出类定义之后，并tree_node在类定义结束后变得完整。