gcc：从静态库中的模板静态成员编译的弱符号在链接期间似乎丢失了答案

【问题标题】：gcc: weak symbols compiled from template static member in static libraries seems lost during linkgcc：从静态库中的模板静态成员编译的弱符号在链接期间似乎丢失了
【发布时间】：2020-11-10 11:29:03
【问题描述】：

我们有一些代码可以根据模板类定义分派一个“网关”对象。简化版如下

首先是工厂定义：Factory.h

#pragma once
#include <map>
#include <string>

class BaseGateway
{
public:
   virtual void hello() = 0;
protected:
   virtual ~BaseGateway() = default;
};

template <typename T>
class Singleton
{
public:
   template <typename DERIVED_T>
   inline static DERIVED_T& CreateInstance() {
      if (ms_pInstance == nullptr) {ms_pInstance = new DERIVED_T();}
      return static_cast<DERIVED_T&>(*ms_pInstance);
   }
protected:
   static inline T* ms_pInstance;

   Singleton() {}
   virtual ~Singleton() = default;
};

class Gateway : public Singleton<Gateway>, public BaseGateway
{
protected:
   friend class Singleton<Gateway>; // for access to private ctor
   Gateway() = default;
   virtual ~Gateway() = default;
public:
   template<typename GatewayTraits>
   inline static const char *GetName() {
      return GatewayTraits::GetName();
   }
};

class Factory
{
public:
   using Dispatcher = std::map<std::string, BaseGateway*(*)()>;

   static Dispatcher & GetDispatcher() {
      static Dispatcher dispatcher;
      return dispatcher;
   }
};

template <typename GatewayTraits>
struct Dispatcher
{
   static inline struct EntryInserter
   {
      EntryInserter() {
         Factory::GetDispatcher().insert(
            {
               Gateway::GetName<GatewayTraits>(),
               []() -> BaseGateway*
               { return &Gateway::CreateInstance<typename GatewayTraits::GatewayType>(); }
            });
      }
   } m_EntryInserter;
   virtual ~Dispatcher() {
      (void)&m_EntryInserter;
   }
};

然后是网关模板：Gateway.h

#include <iostream>
#include <string>
#include "Factory.h"

template<typename SpecificTraits>
class GenericGateway : public Gateway, public Dispatcher<SpecificTraits>
{
protected:
   GenericGateway() = default;
   ~GenericGateway() override = default;
public:
   void hello() override { SpecificTraits::ProcessAndDisplay(m_value); }
private:
   typename SpecificTraits::ValueType m_value;
};

template<typename GatewayT>
struct IntTraits
{
   using GatewayType = GatewayT;
   using ValueType = int;
   static const char *GetName() { return "int_gateway"; }
   static void ProcessAndDisplay(ValueType &v) {
      v = 0;
      std::cout << v << std::endl;
   }
};

class IntGateway : public GenericGateway<IntTraits<IntGateway>>
{
protected:
   friend class Singleton<Gateway>;
   IntGateway();
   ~IntGateway() override = default;
};

最后是实现和主要功能：

Impl.cpp

#include "Gateway.h"
IntGateway::IntGateway() = default;

Main.cpp

#include <cassert>
#include "Factory.h"
int main() {
   auto iter = Factory::GetDispatcher().find("int_gateway");
   assert(iter != Factory::GetDispatcher().end());
   auto * gateway = iter->second();
   gateway->hello();
}

正常编译链接没问题（程序输出0）：

g++ -std=c++17 -static-libstdc++ -c Main.cpp && g++ -std=c++17 -static-libstdc++ -c Impl.cpp

g++ -std=c++17 -static-libstdc++ Impl.o Main.o && ./a

但是如果我把 Impl.o 放到一个静态库中，那就不行了：

ar qc libtest.a Impl.o && g++ -std=c++17 -static-libstdc++ libtest.a Main.o && ./a

显然，EntryInserter 被编译为弱符号，并且在链接期间被省略。我不明白为什么链接对象与从 .a 链接对象的行为不同

我在 Linux（clang 10 和 gcc 10）和 Cygwin（gcc 9）上对此进行了测试，它们似乎产生了相同的结果

【问题讨论】：

标签： c++ c++17

【解决方案1】：

这与弱符号无关。

我不明白为什么链接对象与从 .a 链接对象的行为不同

因为这就是链接的工作原理。

当您直接链接到 .o 文件时，其所有符号都包含在链接中，无论它们是否解析未定义的引用。

但是对于一个库来说，如果没有对符号的未定义引用，那么这个库就不会被使用。

Main.o 中的任何内容都没有引用Impl.o 中定义的任何内容，因此没有未定义的引用。因此，当Impl.o 中的符号在静态库中定义时，它们不会添加到可执行文件中。

此外，库需要在使用它们的对象之后列出，否则链接器将忽略该库。见http://c-faq.com/lib/libsearch.html

为确保静态库包含在您的链接中，您可以执行以下操作：

g++ -std=c++17 -static-libstdc++ Main.o -Wl,--whole-archive libtest.a -Wl,--no-whole-archive

【讨论】：