概念：声明如何链接到适当的定义

Question

头文件或任何前向声明究竟如何知道它指的是哪个定义？

我知道 .cpp 文件是独立编译的，我们需要一个头文件或前向声明来访问另一个 .cpp 文件的成员。但是当我们声明一个成员时，我们并没有明确地告诉编译器从哪里得到定义。

这是我能想到的一个案例：假设我有两个 cpp 文件 'one.cpp' 和 'two.cpp'。 'one.cpp' 和 'two.cpp' 都有一个成员 'int func(int x)'，它们具有不同的实现（但具有确切的名称和格式）。如果我们在这两个文件之外的某处有这个函数的头文件或声明，编译器如何知道采用哪个定义？

Answer 1

解析每个声明的定义由链接器执行。每个声明必须有一个唯一的定义。虽然可以多次声明一个函数，但每个函数必须在所有要链接的编译单元中只定义一次。如果具有相同签名的函数有多个定义，则链接器将抛出错误并拒绝完成可执行文件的构建。

我建议您创建您描述的示例文件，并尝试将它们构建为单个可执行文件。您将看到我在此处描述的错误。

Answer 2

If we have a header file or declaration of this function somewhere outside these two files, how does the compiler know which definition to take?

它是linker，它将一个或多个目标文件或库作为输入，并将它们组合起来生成一个可执行文件。这样做时，它解析对外部符号的引用，即它从其他“.obj”文件和外部库中查找所有外部函数和全局变量的定义，将最终地址分配给 procedures/functions 和变量，并修改代码和反映新地址的数据。

让我们考虑一下您提到的例子：

Say I have two cpp files 'one.cpp' and 'two.cpp'. Both 'one.cpp' and 'two.cpp' have a member 'int func(int x)' that have different implementations....

说，one.cpp：

int func(int x)
{
        return x+1;
}

和two.cpp：

int func(int x)
{
        return x+2;
}

和声明 func() 函数的头文件，比如 myinc.h:

int func(int x);

和正在调用 func() 的 main()，比如 main.cpp:

#include <iostream>
#include <myinc.h>

int main()
{
        int res;
        res = func(10);
        std::cout << res << std::endl;
        return 0;
}

我可以创建 main.cpp 的目标文件，因为目标文件可以引用未定义的符号。

>g++ -I . -c main.cpp

现在让我们使用nm命令检查对象文件main.o，输出是：

Symbols from main.o:

Name                  Value           Class        Type         Size             Line  Section

_GLOBAL__I_main     |0000000000000078|   t  |              FUNC|0000000000000015|     |.text    
_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii|0000000000000038|   t  |              FUNC|0000000000000040|     |.text    
_Z4funci            |                |   U  |            NOTYPE|                |     |*UND*
.......
.......<SNIP>

func()函数Class为U，表示未定义。编译器不会介意找不到特定函数的定义，它只会假设该函数是在另一个文件中定义的。

另一方面，链接器可能会查看多个文件并尝试查找对未提及函数的引用。

因此，当我们尝试从目标文件 one.o、two.o 和 main.o 创建可执行文件时：

>g++ two.o one.o main.o -o outexe
one.o: In function `func(int)':
one.cpp:(.text+0x0): multiple definition of `func(int)'
two.o:two.cpp:(.text+0x0): first defined here
collect2: ld returned 1 exit status

在这里您可以看到链接器为 func() 抛出 multiple definition 错误，因为它找到了 func().

的两个定义

c++中有一个one definition rule，表示：

In the entire program, an object or non-inline function cannot have more than one definition; if an object or function is used, it must have exactly one definition. You can declare an object or function that is never used, in which case you don't have to provide a definition. In no event can there be more than one definition.

因此，该程序违反了 ODR，因为它包含同一函数声明的两个定义。

如果我们不向链接器提供 one.o 或 two.o 目标文件，意味着，如果我们只提供 func() 的一个定义，它将生成 exe:

>g++ one.o main.o -o outexe

如果我们检查 outexe，我们得到：

Symbols from outexe:

Name                  Value           Class        Type         Size             Line  Section

.....<SNIP>    
_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii|000000000040082c|   t  |              FUNC|0000000000000040|     |.text
_Z4funci            |00000000004007e4|   T  |              FUNC|000000000000000f|     |.text
.......
.......<SNIP>

符号func()属于类型 - FUNC和Class - T, 即 - The symbol is in the text (code) section.

概念：声明如何链接到适当的定义

Concept: How are declarations linked to apropriate definitions

c++

forward-declaration