Definitions and ODR (One Definition Rule)

定义 是指完全定义声明所引入实体的 声明 。每个声明都是定义，除了以下情况：

• 没有函数体的函数声明：

int f(int); // 声明但不定义函数 f

• 任何带有 extern 存储类说明符 或带有 语言链接 说明符（例如 extern "C" ）且无初始化器的声明：

extern const int a;     // 声明但不定义 a
extern const int b = 1; // 定义 b

• 类定义内部 静态数据成员 的 非内联 (since C++17) 声明：

struct S
{
    int n;               // 定义 S::n
    static int i;        // 声明但不定义 S::i
    inline static int x; // 定义 S::x
};                       // 定义 S
int S::i;                // 定义 S::i

struct S
{
    static constexpr int x = 42; // 隐式内联，定义 S::x
};
constexpr int S::x; // 声明 S::x，非重复定义

• 类名的声明（通过 前向声明 或在其他声明中使用详细类型说明符）：

struct S;             // 声明但不定义 S
class Y f(class T p); // 声明但不定义 Y 和 T（同时声明了 f 和 p）

enum Color : int; // declares, but does not define Color

• 声明一个 模板参数 ：

template<typename T> // 声明但未定义 T

• 函数声明中非定义的参数声明：

int f(int x); // 声明但不定义 f 和 x
int f(int x)  // 定义 f 和 x
{
    return x + a;
}

• 一个 typedef 声明：

typedef S S2; // 声明但不定义 S2（S 可能是不完整类型）

using S2 = S; // declares, but does not define S2 (S may be incomplete)

• A using-declaration ：

using N::d; // 声明但不定义 d

• 一个 空声明 （不定义任何实体）
• 一条 using 指令 （不定义任何实体）

extern template
f<int, char>; // declares, but does not define f<int, char>

• 一个 显式特化 ，其声明不是定义：

template<>
struct A<int>; // 声明但不定义 A<int>

一个 asm 声明 不定义任何实体，但被归类为定义。

在必要时，编译器可能会隐式定义 默认构造函数 、 复制构造函数 、 移动构造函数 、 复制赋值运算符 、 移动赋值运算符 以及 析构函数 。

如果任何对象的定义导致生成 不完整类型 或 抽象类类型 的对象，则程序是非法的。

单一定义规则

在任何单个翻译单元中，只允许存在任意变量、函数、类类型、枚举类型 、概念 (C++20 起) 或模板的一个定义（其中某些实体可以拥有多个声明，但只允许存在一个定义）。

对于程序中每个被 odr-used （见下文）的非 inline 函数或变量，必须在整个程序（包括任何标准库和用户自定义库）中有且仅有一个定义。编译器不要求诊断此类违规，但违反此规定的程序行为是未定义的。

对于内联函数 或内联变量 (C++17起) ，在每一个发生 odr-use 的翻译单元中都必须提供其定义。

对于类而言，当使用方式要求其为 完整类型 时，必须在使用处提供定义。

在程序中以下各项允许存在多个定义：类类型、枚举类型、内联函数 、内联变量 (C++17 起) 、 模板化实体 （模板或模板成员，但不包括完整的 模板特化 ），只要满足以下所有条件：

• 每个定义出现在不同的翻译单元中。

• 每个定义由相同的 token 序列构成（通常出现在同一头文件中）。
• 从每个定义内部进行的名称查找会找到相同的实体（经过 重载解析 后），但以下情况除外：

• 具有内部链接或无链接的常量可以引用不同对象，只要它们未被odr使用且在每次定义中具有相同的值。

• 重载运算符（包括转换函数、分配和释放函数）在每个定义中都引用相同的函数（除非引用的是定义内部定义的函数）。
• 对应实体在每个定义中具有相同的语言链接（例如包含文件不在 extern "C" 块内）。
• 若 const 对象在任意定义中进行了 常量初始化 ，则其在每个定义中都必须进行常量初始化。
• 上述规则适用于每个定义中使用的所有默认实参。
• 若该定义针对具有隐式声明构造函数的类，则每个进行odr使用的翻译单元必须为基类和成员调用相同的构造函数。

• 若定义针对模板，则所有这些要求同时适用于定义点的名称和实例化点的依赖名称。

如果所有这些要求都得到满足，程序的行为就如同整个程序中只有一个定义。否则，程序是非良构的，无需诊断。

注意：在C语言中，类型没有程序级的单一定义规则（ODR），甚至不同翻译单元中同一变量的extern声明 只要类型兼容 就可以具有不同类型。在C++中，同一类型声明所使用的源码标记必须完全相同：如果一个.cpp文件定义了 struct S { int x ; } ; ，而另一个.cpp文件定义了 struct S { int y ; } ; ，将它们链接在一起的程序行为是未定义的。这一问题通常通过 无名命名空间 来解决。

命名实体

变量通过表达式被 命名 ，当该表达式是一个标识符表达式且指向该变量时。

在以下情况下，函数通过表达式或转换被 命名 ：

• 若函数名作为表达式或转换出现（包括命名函数、重载运算符、 用户定义转换 、 operator new 的用户定义布置形式、非默认初始化），且该函数通过重载决议被选中，则称该表达式命名了该函数，除非它是非限定纯虚成员函数或指向纯虚函数的成员指针。
• 类的 分配函数 或 解分配函数 由出现在表达式中的 new表达式 命名。
• 类的解分配函数由出现在表达式中的 delete表达式 命名。
• 被选用于复制或移动对象的构造函数，即使发生 复制消除 ，仍视为被表达式或转换命名。 在某些上下文中使用纯右值不会复制或移动对象，参见 强制消除 。 (C++17 起)

一个可能被求值的表达式或转换如果命名了函数，就会对其进行odr使用。

潜在结果

表达式 E 的 潜在结果集 是一个（可能为空的）标识符表达式集合，这些标识符表达式出现在 E 内部，并通过以下方式组合：

• 若 E 为 标识符表达式 ，则表达式 E 是其唯一潜在结果。
• 若 E 为下标表达式 ( E1 [ E2 ] ) 且其中一个操作数为数组，则该操作数的潜在结果包含于集合中。
• 若 E 为类成员访问表达式 E1. E2 或 E1. template E2 且指向非静态数据成员，则 E1 的潜在结果包含于集合中。
• 若 E 为类成员访问表达式且指向静态数据成员，则标识该数据成员的标识符表达式包含于集合中。
• 若 E 为成员指针访问表达式 E1. * E2 或 E1. * template E2 且第二操作数为常量表达式，则 E1 的潜在结果包含于集合中。
• 若 E 为括号表达式 ( ( E1 ) )，则 E1 的潜在结果包含于集合中。
• 若 E 为左值条件表达式 ( E1 ? E2 : E3 ，其中 E2 与 E3 为左值)，则 E2 和 E3 的潜在结果之并集均包含于集合中。
• 若 E 为逗号表达式 ( E1, E2 )，则 E2 的潜在结果属于潜在结果集合。
• 否则，该集合为空。

ODR使用（非正式定义）

当对象的值被读取（除非它是编译时常量）、被写入、取其地址或绑定引用到它时，该对象即被odr使用。

当引用被使用且其指代对象在编译期不可知时，该引用即被视作odr-used，

当对函数进行函数调用或取其地址时，该函数即被odr使用。

如果某个实体被odr使用，则其定义必须存在于程序中的某处；违反此规则通常会导致链接时错误。

struct S
{
    static const int x = 0; // 静态数据成员
    // 如果被odr-used，需要在类外提供定义
};
const int& f(const int& r);
int n = b ? (1, S::x) // 此处S::x未被odr-used
          : f(S::x);  // 此处S::x被odr-used：需要提供定义

ODR使用（正式定义）

一个由 潜在求值表达式 expr 命名的变量 x ，在点 P 处出现时，会被 expr 进行 odr-use，除非满足以下任一条件：

• x 是在 P 处 可用于常量表达式 的引用。
• x 不是引用且 (C++26 前) expr 是表达式 E 的潜在结果集合中的元素，且满足以下任一条件：
  • E 是 弃值表达式 ，且未对其应用左值到右值转换。
  • x 是在 P 处可用于常量表达式的 非易失 (C++26 起) 对象且无可变子对象，并满足以下任一条件：

• E 具有非 volatile 限定的非类类型，且对其应用了左值到右值的转换。

struct S { static const int x = 1; }; // 对 S::x 应用左值到右值转换
                                      // 将产生常量表达式
int f()
{
    S::x;        // 弃值表达式不会对 S::x 进行 ODR 使用
    return S::x; // 应用左值到右值转换的表达式
                 // 不会对 S::x 进行 ODR 使用
}

* this 在以下情况中被 odr-使用：当 this 作为潜在求值表达式出现时（包括非静态成员函数调用表达式中隐式的 this ）。

函数在以下情况下被odr使用：

• 若函数通过（见下文）潜在求值表达式或转换被指名，则该函数被odr使用。
• 若 虚成员函数 不是纯虚成员函数，则其被odr使用（构造虚函数表需要虚成员函数的地址）。
• 类的非布置分配或释放函数会被该类的构造函数定义所odr使用。
• 类的非布置释放函数会被该类的析构函数定义所odr使用，或在虚析构函数定义点通过查找被选中时被odr使用。
• 作为另一个类 U 的成员或基类的类 T 中的赋值运算符，会被 U 的隐式定义的复制赋值或移动赋值函数所odr使用。
• 类的构造函数（包括默认构造函数）会被选择它的 初始化 过程所odr使用。
• 若类的析构函数 可能被调用 ，则其被odr使用。

缺陷报告

以下行为变更缺陷报告被追溯应用于先前发布的C++标准。

参考文献