具有模板的对象文件如何链接在一起

How object files with templates are linked together

本文关键字：何链接 链接 在一起 文件 对象      更新时间：2023-10-16

假设我们有三个.h文件:

f.h:

template <typename T> class Class {public: Class() {} T id(T x) { return x; }};

g.h: 

template <typename T> class Class {public: Class() {} T id(T x) { return x + 100; }};

h.h: 

template <typename T> class Class {public: Class(); T id(T x); };
现在，我们也有三个.cpp文件:

f.cpp: 

#include "f.h"
int f(int x) { Class<int> t; return t.id(x); }

g.cpp: 

#include "g.h"
int g(int x) { Class<int> t; return t.id(x);  }

h.cpp: 

#include "h.h"
int h(int x) { Class<int> t; return t.id(x); }

编译得到f.o, g.o和h.o。现在让我们加入main.cpp:

#include <stdio>
extern int f(int);
extern int g(int);
extern int h(int);
int main() {
   std::cout << f(1) << std::endl;
   std::cout << g(2) << std::endl;
   std::cout << h(3) << std::endl;
}

a-a -我们来做g++ main.cpp f.o g.o h.o。现在我真正感到惊讶的是:由于这三个.o文件包含int Class<int>::id(int)的三个不同定义，我预计会得到一个链接错误。然而，我得到的是一个工作的a.out，它打印1 2 3。如果我在命令中重新排序.o文件，它将打印101 102 103。

现在是实际问题:在这种情况下，链接器究竟是如何执行链接的?它如何确定Class<int>的哪些实例化要保留，哪些要丢弃?为什么它不抱怨多重定义?

nm实用程序给出以下nm f.o g.o h.o的输出:

f.o:
00000000 b .bss
00000000 d .data
00000000 t .text
00000000 t .text$_ZN5ClassIiE2idEi
00000000 t .text$_ZN5ClassIiEC1Ev
00000000 T __Z1fi
00000000 T __ZN5ClassIiE2idEi
00000000 T __ZN5ClassIiEC1Ev
g.o:
00000000 b .bss
00000000 d .data
00000000 t .text
00000000 t .text$_ZN5ClassIiE2idEi
00000000 t .text$_ZN5ClassIiEC1Ev
00000000 T __Z1gi
00000000 T __ZN5ClassIiE2idEi
00000000 T __ZN5ClassIiEC1Ev
h.o:
00000000 b .bss
00000000 d .data
00000000 d .eh_frame
00000000 t .text
00000000 T __Z1hi
         U __ZN5ClassIiE2idEi
         U __ZN5ClassIiEC1Ev

显然，f.o和g.o都导出了符号__ZN5ClassIiE2idEi, h.o导入了该符号(大写字母表示外部链接)。它不会导致错误。为什么?

这个问题实际上是众所周知的:您违反了ODR。由于模板的性质，编译器和链接器不会注意到这一点。结果如下:

链接器假设没有违反ODR，因此可以自由地使用模板的任何实例化(即。具有相同参数的模板的所有实例化都会生成完全相同的代码)。这个系统是有意义的，只要你不违反ODR。

现在，在您的示例中，链接器选择使用它获得的第一个实例化，这导致结果依赖于链接的顺序。

听起来太明显了，但是您的类正在使用隐式内联。也就是说，当您将源代码放入类声明中时，您是在"暗示"您希望将其内联。所以…

链接器只能看到f()，g()和h()。

用这样的东西来重试你的代码可能会很有趣，尽管它仍然很简单，编译器可能会简单地内联它(取决于你的编译器)。

template <typename T> class Class 
{
public: 
     Class() {}
T id(T x);
};
template <typename T> 
T Class::id(T x)
{ 
   return x; 
}
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