了解导致此多重定义错误的原因

Question

我有一个由两个类实现的纯虚方法的基类：

// base_class.hpp
class base_class {
public:
  virtual std::string hello() = 0;
};

// base_implementer_1.hpp
class base_implementer1 : base_class {
public:
  std::string hello();
};

// base_implementer_2.hpp
class base_implementer2 : base_class {
public:
  std::string hello();
};

// base_implementer_1.cpp
std::string hello() {
  return(std::string("Hello!"));
}

// base_implementer_2.cpp
std::string hello() {
  return(std::string("Hola!"));
}

请注意在实现中缺少base_implementer1:: 和base_implementer2::。这是故意的。

通过添加base_implementer1:: 和base_implementer2::，我没有收到多重定义错误。但是，将它们从链接器中删除会抱怨我对同一函数有两个定义 (hello())。

由于头文件中没有这两个实现，我认为（即使它们在实际实现 hello() 方面是不正确的）它们是被允许的，因为没有理由你不能有两个 @ 987654328@ 在两个不同的.cpp 文件中起作用。但情况似乎并非如此。谁能告诉我链接器中发生了什么导致这个多重定义错误发生？

Answer 1

One-Definition-Rule 定义了两个范围的规则，即翻译单元范围和程序范围。

以下具有翻译单元范围的规则规定，同一翻译单元不得包含同一功能的两个不同定义：

任何变量、函数、类类型、枚举只有一个定义 任何一个翻译单元中都允许使用类型或模板（某些 这些可能有多个声明，但只有一个定义是 允许）。

因此，如果您有两个不同的 .cpp 文件，那么您就有两个不同的翻译单元，并且每个翻译单元都可能有自己的 hello() 定义；在翻译单元的范围内不违反 ODR。

以下具有程序范围的规则定义了一个 odr-used 函数必须在程序中只定义一次：

每个非内联函数或变量的一个且只有一个定义 odr-used（见下文）必须出现在整个 程序（包括任何标准和用户定义的库）。这 编译器不需要诊断这种违规行为，但行为 违反它的程序是未定义的。

odr-used 的定义非正式地指出，对于每个被调用的函数或获取的地址都必须在程序中定义：

非正式地，如果一个对象的地址被占用，或者一个对象是 odr-used 引用绑定到它，如果一个函数，一个 函数是 odr-used 调用它或获取它的地址。如果一个物体或一个 函数是 odr 使用的，它的定义必须存在于 程序;违反此规定是链接时错误。

因此，如果多个 .cpp 文件公开了 hello() 的实现，并且如果调用或引用了此函数，则显然违反了程序范围的 ODR。

如果相应的功能没有被 ODR 使用（即被调用或引用），那么 ODR 应该——据我的理解——不被违反；

如果编译器抱怨重复符号，那是因为程序违反了链接规则（也请就“如果我不使用 odr-use 变量”提供SO answer）。 C++11 §3.5[basic.link]/9 状态：

两个相同的名字在不同的作用域中声明 应表示相同的变量、函数、类型、枚举器、模板 或命名空间如果

• 两个名称都有外部链接，否则两个名称都有内部链接并在同一个翻译单元中声明；和...

为避免这种情况，请确保最多公开一个 hello() 的实现，并让所有其他实现 static 或使用未命名的命名空间。

在 C 编程语言中，static 与全局变量和函数一起使用，以将其范围设置为包含文件，即它不公开此实现并且避免与其他二进制文件的名称冲突。

因此，一个合理的建议是：使仅在翻译单元内使用的函数定义仅对该翻译单元可见；并定义在命名空间或类中公开的函数，以避免链接器中出现意外或不可预见的名称冲突/重复符号问题。

Answer 2

您在两个不同的翻译单元中对名为hello 的函数有两个不同的定义。在链接时间方面，链接器不知道要链接到哪个hello 函数。

考虑：

A.cpp

#include <string>
std::string hello() {
    return "A";
}

B.cpp

#include <string>
std::string hello() {
    return "B";
}

C.cpp

#include <iostream>
std::string hello();
int main() {
    std::cout << hello() << '\n';
}

链接器怎么可能知道在main 中调用哪个hello？不能，因为违反了单一定义规则。

Answer 3

您在 base_implementor_1.cpp 中定义了一个名为 hello 的全局函数。您在 base_implementor_2.cpp 中定义了另一个名为 hello 的全局函数。这会导致多重定义和违反 ODR 所需的错误。为什么这是个问题？如果您有第三个源文件调用hello()，应该调用哪个函数？

如果您想在多个源文件中定义具有相同名称的不同函数，可以在它们前面加上 static 关键字

static void hello() { }

或在匿名命名空间内

namespace {
    void hello() { }
}