使用与 typedef - 是否存在微妙的、鲜为人知的区别？

Question

背景

每个人都同意

using <typedef-name> = <type>;

等价于

typedef <type> <typedef-name>;

并且由于各种原因，前者比后者更受欢迎（请参阅 Scott Meyers、Effective Modern C++ 和有关 stackoverflow 的各种相关问题）。

这是由 [dcl.typedef] 支持的：

typedef-name 也可以由别名声明引入。 using 关键字后面的标识符 成为 typedef-name 并且标识符后面的可选属性说明符序列属于该标识符 类型定义名称。这样的 typedef-name 具有与 typedef 说明符引入的语义相同的语义。

但是，考虑一个声明，例如

typedef struct {
    int val;
} A;

对于这种情况，[dcl.typedef] 指定：

如果 typedef 声明定义了一个未命名的类（或枚举），则第一个 typedef-name 由 声明为该类类型（或枚举类型）用于表示链接的类类型（或枚举类型） 仅用于 (3.5)。

引用的第 3.5 节 [basic.link] 说

具有命名空间范围的名称没有 上面给出的内部链接与封闭的命名空间具有相同的链接，如果它是 [...] 在 typedef 声明中定义的未命名类，其中该类具有 用于链接目的的 typedef 名称 [...]

假设上面的 typedef 声明是在全局命名空间中完成的，那么结构 A 将具有外部链接，因为全局命名空间具有外部链接。

问题

现在的问题是，如果 typedef 声明根据它们是等价的普遍概念被别名声明替换，是否同样如此：

using A = struct {
    int val;
};

特别是，通过别名声明（“using”）声明的类型 A 是否与通过 typedef 声明声明的类型具有相同的链接？

请注意，[decl.typedef] 并没有说别名声明是一个 typedef 声明（它只是说两者都引入了 typedef-name）并且 [decl.typedef] 只说typedef 声明（不是别名声明）具有引入 typedef 名称用于链接目的的属性。 如果别名声明不能为链接目的引入 typedef 名称，A 将只是匿名类型的别名，根本没有链接。

IMO，这至少是对标准的一种可能的解释，尽管是严格的。当然，我可能忽略了一些东西。

这引发了后续问题：

• 如果确实有这种细微的差别，是有意还是无意 这是对标准的疏忽吗？
• 编译器/链接器的预期行为是什么？

研究

以下由三个文件组成的最小程序（我们至少需要两个单独的编译单元）用于调查问题。

a.hpp

#ifndef A_HPP
#define A_HPP

#include <iosfwd>

#if USING_VS_TYPEDEF
using A = struct {
     int val;
};
#else
typedef struct {
     int val;
} A;
#endif

void print(std::ostream& os, A const& a);

#endif // A_HPP

a.cpp

#include "a.hpp"
#include <iostream>

void print(std::ostream& os, A const& a)
{
   os << a.val << "\n";
}

main.cpp

#include "a.hpp"
#include <iostream>

int main()
{
    A a;
    a.val = 42;
    print(std::cout, a);
}

海合会

使用带有“typedef”变体的 gcc 7.2 编译它可以干净地编译并提供预期的输出：

> g++ -Wall -Wextra -pedantic-errors -DUSING_VS_TYPEDEF=0 a.cpp main.cpp
> ./a.out
42

使用“using”变体的编译会产生编译错误：

> g++ -Wall -Wextra -pedantic-errors -DUSING_VS_TYPEDEF=1 a.cpp main.cpp
a.cpp:4:6: warning: ‘void print(std::ostream&, const A&)’ defined but not used [-Wunused-function]
void print(std::ostream& os, A const& a)
     ^~~~~
In file included from main.cpp:1:0:
a.hpp:16:6: error: ‘void print(std::ostream&, const A&)’, declared using unnamed type, is used but never defined [-fpermissive]
void print(std::ostream& os, A const& a);
     ^~~~~
a.hpp:9:2: note: ‘using A = struct<unnamed>’ does not refer to the unqualified type, so it is not used for linkage
};
 ^
a.hpp:16:6: error: ‘void print(std::ostream&, const A&)’ used but never defined
void print(std::ostream& os, A const& a);
     ^~~~~

这看起来像 GCC 遵循上述标准的严格解释，并且在 typedef 和别名声明之间的链接方面有所不同。

叮当

使用 clang 6，两种变体都可以干净地编译和运行，没有任何警告：

> clang++ -Wall -Wextra -pedantic-errors -DUSING_VS_TYPEDEF=0 a.cpp main.cpp
> ./a.out
42

> clang++ -Wall -Wextra -pedantic-errors -DUSING_VS_TYPEDEF=1 a.cpp main.cpp
> ./a.out
42

因此也可以问

• 哪个编译器是正确的？

Answer 1

这在我看来就像 GCC 中的一个错误。

请注意，[decl.typedef] 并不是说​​别名声明是 typedef 声明

你说得对，[dcl.dcl]p9 给出了术语 typedef 声明 的定义，其中不包括 alias-declaration。但是，正如您在问题中引用的那样，[dcl.typedef] 确实明确表示：

2 typedef-name 也可以由 alias-declaration 引入。 using 关键字后面的 identifier 成为 typedef-name 和 identifier 后面的可选 attribute-specifier-seq em> 属于那个 typedef-name。 它的语义与 typedef 说明符引入的语义相同。 [...]

“相同的语义”毫无疑问。在GCC的解释下，typedef和using的语义不同，因此唯一合理的结论是GCC的解释是错误的。适用于 typedef 声明的任何规则都必须解释为也适用于别名声明。

Answer 2

这方面的标准似乎不清楚。

一方面，

[dcl.typedef] typedef-name 也可以由 alias-declaration 引入。 [...] 这样的 typedef-name 具有与 typedef 说明符引入的语义相同的语义。

另一方面，标准明确区分了typedef声明和alias-declaration的概念（后者是语法产生名称，所以它是斜体和连字符；前者不是） .在某些情况下，它谈到“typedef 声明或 alias-declaration”，使它们在这些情况下等价；有时它只谈论“typedef 声明”。特别是，每当标准谈到链接和 typedef 声明时，它只谈到 typedef 声明，而没有提及 alias-declaration。这包括关键段落

[dcl.typedef] 如果 typedef 声明定义了一个未命名的类（或枚举），则声明中第一个 typedef-name 声明为该类类型（或枚举类型）用于表示链接的类类型（或枚举类型） 仅用于目的。

请注意，标准坚持使用 first typedef-name 用于链接。这意味着在

typedef struct { int x; } A, B;

只有A 用于链接，B 不是。标准中没有任何内容表明由 alias-declaration 引入的名称应该表现得像 A 而不是 B。

我认为这方面的标准不够明确。如果意图只使 typedef 声明对链接起作用，那么在 [dcl.typedef] 中明确声明 alias-declaration 不适用是合适的。如果意图使 alias-declaration 用于链接，则也应明确说明这一点，就像在其他上下文中所做的那样。