头文件中定义的非内联虚函数

Question

一定义规则指出：
在整个程序中，一个对象或非内联函数不能有多个定义。（来自维基百科）

嗯，我知道如果成员函数在头文件中定义，它会被隐式地内联，并且符合ODR。

但是虚函数呢？我们知道如果一个虚函数以多态方式调用，它就不能被内联。如果这样的虚函数在头文件中被定义，那么是否会违反ODR？

例如：

//derived.hpp
#include <iostream>
class Base {
public:
  virtual ~Base() {}
  virtual void vfunc() {
    std::cout << "Base::vfunc()\n";
  }
};

class Derived : public Base {
public:
  virtual ~Derived() {}

  virtual void vfunc() {
    std::cout << "Derived::vfunc()\n";
  }
};

//foo.cpp

#include "derived.hpp"
void func() {
  Base* ptr = new Derived();
  ptr->vfunc(); //polymorphic call, can't be inlined
  delete ptr;

  ptr = new Base();
  ptr->vfunc();
  delete ptr;
}
//main.cpp

#include "derived.hpp"

int main() {
  Base* ptr = new Derived();
  ptr->vfunc(); //polymorphic call, can't be inlined
  delete ptr;

  ptr = new Base();
  ptr->vfunc();
  delete ptr;
  return 0;
}

我很好奇：

在foo.cpp和main.cpp中，vfunc（和dtor）以多态方式调用（不是内联），这意味着它在整个程序中被定义了两次，所以它违反了ODR，是吗？它该如何编译（链接）？

我刚刚看到：

多余的定义

在某些情况下，类型或模板可能有多个定义。由多个头文件和源文件组成的程序通常会有多个类型定义，但每个翻译单位只有一个定义。如果程序包含一个类型的多个定义，则每个定义必须等效（也取自维基百科）。

什么是“某些情况”？上述情况是否属于此类情况之一？

- Frahm

Answer 1

和在foo.cpp和main.cpp中以多态方式被调用（不是内联的），这意味着它们在整个程序中被定义了两次。 首先: 调用并不意味着定义。因此，函数调用不能告诉你ODR是否被违反。 所以它违反了ODR，对吗？那它怎么编译（链接）呢？ 它可以编译，因为类定义内部定义的成员函数隐式地被声明为内联，因此不会违反ODR。这适用于定义以及，所以你做得很好。 注意：函数“声明”内联（显式或隐式）和实际内联的函数之间有区别。编译器决定内联一个函数的一次可能会受到inline关键字的影响，但这只是一个提示。现代优化器比任何人都能更好地预测何时内联是一个好选择，何时不内联，因此编译器可以在适当的时候忽略该提示，并内联未被声明为内联的函数。因此，在现代编译器中，“inline”只是遵守未被隐式声明为内联的函数的ODR的手段。 更新：因此，在您的情况下，该函数隐式地被“声明”为内联，该定义包含在两个翻译单元（即两个.cpp文件）中，编译器不会内联该函数。在这种情况下，链接器将看到该函数的符号两次，但由于内联声明，它不会对多个符号进行投诉。

- Arne Mertz

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我的意思是：如果一个虚函数被多态地调用，编译器将无法将其内联，因为它不能在编译时解析。 - Frahm

@Frahm 我刚刚编辑了答案 - 请看我的关于 inline 和内联的注释 :-) - Arne Mertz

但至少有一些情况下，虚函数无法进行内联，这些情况下，应该编译吗？ - Frahm

@Frahm：是的。ODR完全关乎内联声明。函数是否真正被编译器内联并不影响ODR，以及程序是否有效（即可链接）。顺便说一下：ODR关乎链接，而非编译。我还进一步更新了我的回答。 - Arne Mertz

Answer 2

通过在类声明内定义函数，它就是一个内联声明的函数。编译器可能无法将其内联（除非在某些情况下），但这并不改变内联声明的事实。同样可以肯定的是，在每种情况下，您的定义都是相同的（除非您使用宏来更改函数内容，例如在两种情况下未定义相同的cout等）。

另一方面，如果我们在头文件中有以下内容：

class Base {
public:
  virtual ~Base() {}
  virtual void vfunc();
};

class Derived : public Base {
public:
  virtual ~Derived() {}

  virtual void vfunc();
};



void Base::vfunc()
{
  {
    std::cout << "Base::vfunc()\n";
  }
}

void Derived::vfunc()
{
  {
    std::cout << "Derived::vfunc()\n";
  }
}

现在你正在违反ODR，因为Derived::vfunc()没有声明为内联函数，并且由于被多次包含，它被定义了多次（尽管是完全相同的定义）。

- Mats Petersson

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所以它没有被内联，并且包含在两个cpp文件中，这意味着被定义了两次？ - Frahm

@Frahm：如果函数被声明为内联的，那么两个定义是可以的。 - Arne Mertz

由于“在类定义中定义函数会自动使其成为内联函数”，即使编译器必须将其“离线”使用，这样做也是可以的。请参见编辑部分以了解“如何出错”。 - Mats Petersson