我们在GCC中看到了一些奇怪的行为,使用下面的代码示例,并且不确定我们的代码是否有效,或者我们是否依赖于递归定义类型的未定义行为.请查看如何在两个单独的cpp文件中定义和实例化类似变体的Dynamic类模板.
dynamic_test.h：
#pragma once
#include <algorithm>
#include <type_traits>
namespace dynamic
{
template <class T>
void erasure_destroy( const void *p )
{
reinterpret_cast<const T*>( p )->~T();
}
template <class T>
void erasure_copy( void *pDest,const void *pSrc )
{
::new( pDest ) T( *reinterpret_cast<const T*>( pSrc ) );
}
template <class T>
struct TypeArg {};
struct ErasureFuncs
{
template <class T = ErasureFuncs>
ErasureFuncs( TypeArg<T> t = TypeArg<T>() ) :
pDestroy( &erasure_destroy<T> ),pCopy( &erasure_copy<T> )
{
(void)t;
}
std::add_pointer_t<void( const void* )> pDestroy;
std::add_pointer_t<void( void*,const void* )> pCopy;
};
enum class TypeValue
{
Null,Number,Vector
};
template <typename T>
using unqual = std::remove_cv_t<std::remove_reference_t<T>>;
template <class Base,class Derived>
using disable_if_same_or_derived = std::enable_if_t<!std::is_base_of<Base,unqual<Derived>>::value>;
template <template <class> class TypesT>
struct Dynamic
{
using Types = TypesT<Dynamic>;
using Null = typename Types::Null;
using Number = typename Types::Number;
using Vector = typename Types::Vector;
Dynamic()
{
construct<Null>( nullptr );
}
~Dynamic()
{
m_erasureFuncs.pDestroy( &m_data );
}
Dynamic( const Dynamic &d ) :
m_typeValue( d.m_typeValue ),m_erasureFuncs( d.m_erasureFuncs )
{
m_erasureFuncs.pCopy( &m_data,&d.m_data );
}
Dynamic( Dynamic &&d ) = delete;
template <class T,class = disable_if_same_or_derived<Dynamic,T>>
Dynamic( T &&value )
{
construct<unqual<T>>( std::forward<T>( value ) );
}
Dynamic &operator=( const Dynamic &d ) = delete;
Dynamic &operator=( Dynamic &&d ) = delete;
private:
static TypeValue to_type_value( TypeArg<Null> )
{
return TypeValue::Null;
}
static TypeValue to_type_value( TypeArg<Number> )
{
return TypeValue::Number;
}
static TypeValue to_type_value( TypeArg<Vector> )
{
return TypeValue::Vector;
}
template <class T,class...Args>
void construct( Args&&...args )
{
m_typeValue = to_type_value( TypeArg<T>() );
m_erasureFuncs = TypeArg<T>();
new ( &m_data ) T( std::forward<Args>( args )... );
}
private:
TypeValue m_typeValue;
ErasureFuncs m_erasureFuncs;
std::aligned_union_t<0,Null,Vector> m_data;
};
}
void test1();
void test2();
dynamic_test_1.cpp：
#include "dynamic_test.h"
#include <vector>
namespace
{
template <class DynamicType>
struct Types
{
using Null = std::nullptr_t;
using Number = long double;
using Vector = std::vector<DynamicType>;
};
using D = dynamic::Dynamic<Types>;
}
void test1()
{
D::Vector v1;
v1.emplace_back( D::Number( 0 ) );
}
dynamic_test_2.cpp：
#include "dynamic_test.h"
#include <vector>
namespace
{
template <class DynamicType>
struct Types
{
using Null = std::nullptr_t;
using Number = double;
using Vector = std::vector<DynamicType>;
};
using D = dynamic::Dynamic<Types>;
}
void test2()
{
D::Vector v1;
v1.emplace_back( D::Number( 0 ) );
}
main.cpp中：
#include "dynamic_test.h"
int main( int,char* const [] )
{
test1();
test2();
return 0;
}
运行此代码会导致SIGSEGV具有以下堆栈跟踪：
1 ?? 0x1fa51 2 dynamic::Dynamic<(anonymous namespace)::Types>::~Dynamic dynamic_test.h 66 0x40152b 3 std::_Destroy<dynamic::Dynamic<(anonymous namespace)::Types>> stl_construct.h 93 0x4013c1 4 std::_Destroy_aux<false>::__destroy<dynamic::Dynamic<(anonymous namespace)::Types> *> stl_construct.h 103 0x40126b 5 std::_Destroy<dynamic::Dynamic<(anonymous namespace)::Types> *> stl_construct.h 126 0x400fa8 6 std::_Destroy<dynamic::Dynamic<(anonymous namespace)::Types> *,dynamic::Dynamic<(anonymous namespace)::Types>> stl_construct.h 151 0x400cd1 7 std::vector<dynamic::Dynamic<(anonymous namespace)::Types>>::~vector stl_vector.h 426 0x400b75 8 test2 dynamic_test_2.cpp 20 0x401796 9 main main.cpp 6 0x400a9f
构造一个Vector直接将我们带到析构函数是很奇怪的.
非常奇怪的是,当我们执行以下操作时,这些错误会消失：
>重命名其中一个cpp文件中的“类型”,以便它们不使用
类模板的名称相同.
>在每个cpp文件中使“类型”的实现相同(更改
每个文件中要加倍的数字).
>不要将数字推送到矢量.
>更改Dynamic的实现以不使用此递归类型
定义风格.
以下是一个有效的实现示例：
template <class Types>
struct Dynamic
{
using Null = typename Types::Null;
using Number = typename Types::Number;
using Vector = typename Types::template Vector<Dynamic>;
...
struct Types
{
using Null = std::nullptr_t;
using Number = long double;
template <class DynamicType>
using Vector = std::vector<DynamicType>;
};
当我们使用链接时优化(LTO)进行编译时,我们还会看到一些与ODR违规相关的警告：
dynamic_test.h:51: warning: type ‘struct Dynamic’ violates the C++ One Definition Rule [-Wodr]
struct Dynamic
^
有没有人对可能导致此问题的原因有所了解？
解决方法
好吧,我花了一段时间玩这个开关,但我终于得到了一个非常简单的副本,这是重要的事情.首先,考虑test1.cpp：
#include "header.h"
#include <iostream>
namespace {
template <class T>
struct Foo {
static int foo() { return 1; };
};
using D = Bar<Foo>;
}
void test1() {
std::cerr << "Test1: " << D::foo() << "\n";
}
现在,test2.cpp与此完全相同,只是Foo :: foo返回2,底部声明的函数称为test2并打印Test2：依此类推.接下来,header.h：
template <template <class> class TT>
struct Bar {
using type = TT<Bar>;
static int foo() { return type::foo(); }
};
void test1();
void test2();
最后,main.x.cpp：
#include "header.h"
int main() {
test1();
test2();
return 0;
}
您可能会惊讶地发现此程序打印：
Test1: 1 Test2: 1
当然,这只是因为我编译：
g++ -std=c++14 main.x.cpp test1.cpp test2.cpp
如果我颠倒了最后两个文件的顺序,它们都打印2.
发生的事情是链接器最终使用它遇到Foo时遇到的第一个定义.嗯,但我们在一个匿名命名空间中定义了Foo,它应该给它内部链接,避免这个问题.所以我们只编译一个TU然后使用nm：
g++ -std=c++14 -c test1.cpp nm -C test1.o
这产生以下结果：
U __cxa_atexit
U __dso_handle
0000000000000087 t _GLOBAL__sub_I__Z5test1v
0000000000000049 t __static_initialization_and_destruction_0(int,int)
0000000000000000 T test1()
000000000000003e t (anonymous namespace)::Foo<Bar<(anonymous namespace)::Foo> >::foo()
0000000000000000 W Bar<(anonymous namespace)::Foo>::foo()
U std::ostream::operator<<(int)
U std::ios_base::Init::Init()
U std::ios_base::Init::~Init()
U std::cerr
0000000000000000 r std::piecewise_construct
0000000000000000 b std::__ioinit
U std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >& std::operator<< <std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char,std::char_traits<char> >&,char const*)
除了大写与小写之外,现在不要担心这些字母.小写符号是私有的,我们期望内部链接符号的方式.大写符号是公共的,并且具有外部链接并且暴露给链接器.
有趣的是,并不是那么令人惊讶,虽然Foo可能有内部联系,Bar却没有！第一个翻译单元已经定义了符号Bar< Foo>.与外部联系.第二个翻译单元也是这样做的.因此,当链接器链接它们时,它会看到两个转换单元尝试使用外部链接定义相同的符号.请注意,它是内联定义的类成员,因此它是隐式内联的.所以链接器一如既往地处理它：它只是静默地删除它在第一个之后运行的所有定义(因为符号已经被定义;这就是链接器如何工作,从左到右).So Foo在每个TU中被正确定义,但Bar< Foo>不是.
底线是这是ODR违规.你想重新思考一些东西.
编辑：事实上似乎这是gcc中的一个错误.标准的措辞意味着在这种情况下应该唯一地对待Foos,因此每个Foo上模板化的条形应该是分开的.链接到bug：https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=70413.
