为什么跨 cpp 文件定义类不会导致链接器错误？

Question

如果我有一个文件foo.cpp，代码如下：

class Foo {
};

class Foo {
};

int main() {
    return 0;
}

那么我自然会得到error: redefinition of 'Foo'。但是，如果我有 foo.cpp 和

class Foo {
};

int main() {
    return 0;
}

和bar.cpp一起

class Foo {
};

尽管class Foo 在整个程序中被定义了两次，但整个过程编译得很好。

如果我将int something; 放在全局命名空间的两个文件中，那么我会得到一个链接器错误（特别是duplicate symbol），但对于类定义，这永远不会发生。

我知道 int doIt(); 这样的函数声明可以在两个 cpp 文件中重复，但是 定义，例如int doIt() {} 不能。现在在第一个编译器错误中（class Foo{}; 在一个 cpp 文件中有两次），它说redefinition of foo，所以class Foo{}; 是一个定义。那么为什么与函数不同，它可以在一个程序中定义两次呢？

编辑：根据this website，命名类具有外部链接。那么为什么class Foo 在两个 cpp 文件中没有冲突呢？

EDIT2： 根据上面链接的网站，命名类不仅有外部链接，静态成员也有。然而这一切都编译得很好：

foo.cpp:

class Foo {
public:
    int foo();
    static int x;
};

int Foo::foo() {
    return 5;
}

int main() {
    return 0;
}

bar.cpp:

class Foo {
public:
    int foo(int);
    static bool x;
};

int Foo::foo(int i) {
    return i * 2;
}

不仅Foo::foo 被重新定义为不同的签名，而且Foo::x 是不同的类型。这两个都应该有外部链接，但是这个代码是好的。

Answer 1

关于您的第一个问题，定义相同 多个 TU，这是 ODR 明确允许的，否则 语言是没用的。

关于第二个问题，不同的定义不同 TU，这是违反 ODR 的。但是，这些是 NDR。你的程序是 仍然格式不正确，并且可能会导致奇怪的错误。

关于第三个问题，static 数据成员，这些是 声明，而不是定义。他们需要一个独特的定义，例如：

TheType ClassName::VariableName;

这些通常放在随附的 .cpp 文件中。

有一个例外，const static 数据成员 内联初始化器。

---

ODR = 一个定义规则
TU = 翻译单元
NDR = 无需诊断

关于 NDR 的说明；某种错误对编译器来说很难 检测，标准通常不要求编译器 在这些情况下发出诊断（即警告或错误）。有 可以检测编译器的许多错误的工具，例如 CppLint 不能。当涉及 ODR 违规时，通常可以避免 只在标题中定义类型。

Answer 2

因为 C++ 中的“One Definition Rule”。您不能在一个翻译单元中重新定义类，但可以（并且应该）在每个使用它的翻译单元中定义类。这就是 C/C++ 中存在标头和#include 的原因。您应该将类​​定义放在标题中，并将其包含在每个使用它的 .cpp 中。它可以防止 ODR 违规，但从技术上讲，使用 #include 与定义每个 .cpp 文件中的类相同（预处理器只是使包含的文件成为编译文件的一部分）。

还要注意 definition 与 C++ 中的 declaration 有何不同。

更新。在您的带有静态成员变量的新示例中，您只有 declarations 而没有 definition：

class Foo {
public:
    static int x; // <-- variable declaration
};
int Foo::x; // <-- variable definition

可以在翻译单元中重复声明，但不能重复定义。

类型（包括类）的定义可以通过外部链接在不同的翻译单元、函数和变量中重复 - 不是。

在两个具有相同名称但结构不同的翻译单元中定义两种类型是 ODR 违规，链接器通常无法诊断 - 您的程序不正确，但所有“构建都很好”。

翻译单元是编译器在预处理后作为输入得到的。使用 clang 或 gcc 你可以得到它：

$ clang -E foo.cpp >foo.ii

Answer 3

每个 cpp 文件独立编译所有定义。从编译器的角度来看，它们在两个不同的 cpp 文件中定义两次或在共享的包含中定义一次没有区别。

类定义本身不会引入任何用户定义的符号，因此不会产生链接器错误。只有类方法和静态成员可以。如果方法是在类定义中定义的，则它们被视为内联。标记内联函数，以便链接器将选择任何可用的定义并假设它与所有其他定义等效。如果这些方法未在类定义中定义且未标记为内联，则多个实例将导致链接器错误。

Answer 4

通常类是在头文件中定义的，如果这样做，那么在包含头文件时会出错。