链接静态库时内联函数的多重定义

Question

我有一个用 mingw （gcc for Windows）编译的 C++ 程序。使用 mingw 的 TDM 版本，其中包括 gcc 4.4.1。可执行文件链接到两个静态库 (.a) 文件：其中一个是用C语言编写的第三方库；另一个是我编写的 C++ 库，它使用 C 库在上面提供了我自己的 C++ API。

C 库的功能的一部分（在我看来，过多）是在内联函数中实现的。当您使用 C 库的 API 时，您无法避免包含内联函数，但是当我尝试将它们全部链接在一起时，我收到链接错误，指出所有内联函数都有多个定义 - 这两个函数我都有在我的 C++ 包装器库中调用的以及我没有调用的库，基本上标头中内联定义的任何内容都已在 C 库和 C++ 库中为其创建了一个函数。

当包含文件在同一项目的不同.c或.cpp文件中多次使用时，不会导致多次定义错误；问题只是它为每个库生成一个定义。

编译器如何/为什么为两个库中的这些内联函数生成函数和符号？如何强制它停止在我的代码中生成它们？是否有一个工具可以运行来从 .a 文件中删除重复的函数，或者有一种方法可以使链接器忽略多个定义？

（仅供参考，第三方库在其所有标头中确实包含 #ifdef __cplusplus 和 extern“C” 防护；无论如何，如果这是问题所在，它不会导致符号的多重定义，它会导致相反的问题，因为符号将是未定义的或至少是不同的。）

值得注意的是，如果我链接到第三方 C 库的 DLL，则不会发生链接错误；然而，随后我遇到了奇怪的运行时故障，这似乎与我的代码有自己的函数版本有关，它应该从 DLL 调用。（好像编译器正在创建我没有要求的函数的本地版本。）

以前曾问过这个问题的类似版本，但是，我在以下任何一个中都没有找到我的情况的答案：

这个问题的答案是海报具有多重定义 变量, ，我的问题是内联函数的多重定义： 由于在多个 cpp 中包含相同标头而导致重复的多个定义错误

这是一个 MSVC 程序，但我使用的是 mingw；另外，发帖者在这个问题中的问题是头文件中类主体之外的 C++ 类构造函数的定义，而我的问题是内联的 C 函数： 静态库多重定义问题

这个傻瓜将他所有的 C 代码重命名为 C++ 文件，并且他的 C 代码不是 C++ 安全的： 许多 std:: 的多重定义链接时的函数

这个只是想知道为什么违反单一定义规则不是错误： 具有不同定义的内联函数的不可预测行为

Answer 1

首先，您必须了解 C99 内联模型 - 也许您的标头有问题。具有外部（非静态）链接的内联函数有两种定义

• 外部定义
  函数的这个定义在整个程序中只能在指定的 TU 中出现一次。它提供了可以从其他 TU 使用的导出函数。

• 内联定义
  这些出现在作为单独定义声明的每个 TU 中。定义确实 不是 需要彼此相同或与外部定义相同。如果在库内部使用，它们可以省略对函数参数的检查，否则这些检查将在外部定义中完成。

函数的每个定义都有自己的局部静态变量, ，因为它们的本地声明没有链接（它们不像 C++ 那样共享）。非静态内联函数的定义将是内联定义，如果

• TU 中的每个函数声明都包含说明符 inline, ， 和
• TU 中的函数声明不包含说明符 extern.

否则，必须出现在该 TU 中的定义（因为内联函数必须在声明的同一 TU 中定义）是外部定义。在调用内联函数时 未指定是否使用外部定义或内联定义. 。但是，由于在所有情况下定义的函数仍然相同（因为它具有外部链接），因此无论出现多少个内联定义，它的地址在所有情况下都比较相等。因此，如果您获取函数的地址，编译器很可能会解析为外部定义（特别是在禁用优化的情况下）。

一个展示错误使用的例子 inline, ，因为它在两个TU中包含两次函数的外部定义，导致多重定义错误

// included into two TUs
void f(void); // no inline specifier
inline void f(void) { }

下面的程序是危险的，因为编译器可以自由使用外部定义，但该程序没有提供

// main.c, only TU of the program
inline void g(void) {
  printf("inline definition\n");
}

int main(void) {
  g(); // could use external definition!
}

我使用 GCC 制作了一些测试用例，进一步演示了该机制：

主程序

#include <stdio.h>

inline void f(void);

// inline definition of 'f'
inline void f(void) {
  printf("inline def main.c\n");
}

// defined in TU of second inline definition
void g(void);

// defined in TU of external definition
void h(void);

int main(void) {
  // unspecified whether external definition is used!
  f();
  g();
  h();

  // will probably use external definition. But since we won't compare
  // the address taken, the compiler can still use the inline definition.
  // To prevent it, i tried and succeeded using "volatile". 
  void (*volatile fp)() = &f;
  fp();
  return 0;
}

main1.c

#include <stdio.h>

inline void f(void);

// inline definition of 'f'
inline void f(void) {
  printf("inline def main1.c\n");
}

void g(void) {
  f();
}

main2.c

#include <stdio.h>

// external definition!
extern inline void f(void);

inline void f(void) {
  printf("external def\n");
}


void h(void) {
  f(); // calls external def
}

现在，程序输出了我们所期望的结果！

$ gcc -std=c99 -O2 main.c main1.c main2.c
inline def main.c
inline def main1.c
external def
external def

查看符号表，我们会看到内联定义的符号没有导出（来自 main1.o），同时导出外部定义（来自 main2.o).

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现在，如果您的静态库每个都有其内联函数的外部定义（正如它们应该的那样），它们自然会相互冲突。解决方案是将内联函数设为静态或仅重命名它们。这些将始终提供外部定义（因此它们是成熟的定义），但它们不会导出，因为它们具有内部链接，因此不会发生冲突

static inline void f(void) {
  printf("i'm unique in every TU\n");
}