如果C++的inline函数中有宏，行为是怎样的？

Question

这里是几份C++代码：

a.h

#include <iostream>
#ifndef STR
#define STR "default"
#endif

struct A {
    static void print() { std::cout << STR; }
};

imp1.cc

#define STR "imp1"
#include "a.h"
void imp1() { A::print(); }

imp2.cc

#define STR "imp2"
#include "a.h"
void imp2() { A::print(); }

main.cc

void imp1();
void imp2();
int main() { imp1(); imp2(); }

我们知道，在类定义中定义的函数默认是inline函数，inline函数将建议编译器在行内展开代码。那么main打印的是imp1, imp2还是str？

我找不到相关的资料。相同的代码，编译命令为g++ main.cc imp1.cc imp2.cc时，在GCC 6.1.1上面是打印imp1imp2，在MinGW GCC 4.8.1上面是打印imp1imp1。在编译命令为g++ imp2.cc imp1.cc main.cc，在GCC 6.1.1上面没有变化，在MinGW GCC 4.8.1上面是打印imp2imp2。

请问C++ standard有相关规定（也就是说是MinGW的bug），还是未定义行为呢？

Answer 1

试了一下，gcc 如果 -O2 或者 -O1 优化，出来的结果 imp1imp2 这样的，如果是 -O0 优化，出来的 imp1imp1 或者 imp2imp2

原因应该是在没有 -O 优化的情况下 inline 会被 gcc 忽略，以方便调试。

标准里 inline 应该是一个 suggestion，而不是一个强制的要求。如果没有 inline，.o 文件的顺序就成了决定性因素。

$ gcc -v
使用内建 specs。
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/6.1.1/lto-wrapper
目标：x86_64-pc-linux-gnu
配置为：/build/gcc-multilib/src/gcc/configure --prefix=/usr --libdir=/usr/lib --libexecdir=/usr/lib --mandir=/usr/share/man --infodir=/usr/share/info --with-bugurl=https://bugs.archlinux.org/ --enable-languages=c,c++,ada,fortran,go,lto,objc,obj-c++ --enable-shared --enable-threads=posix --enable-libmpx --with-system-zlib --with-isl --enable-__cxa_atexit --disable-libunwind-exceptions --enable-clocale=gnu --disable-libstdcxx-pch --disable-libssp --enable-gnu-unique-object --enable-linker-build-id --enable-lto --enable-plugin --enable-install-libiberty --with-linker-hash-style=gnu --enable-gnu-indirect-function --enable-multilib --disable-werror --enable-checking=release
线程模型：posix
gcc 版本 6.1.1 20160802 (GCC) 

Answer 2

应该是GCC没有进行inline（即使你写了inline，编译器也不保证进行inline），这样的话，到了链接阶段，对于A::print的引用，用哪个.o文件中的A::print都有可能（都是弱符号），但一定只会使用一个。

Answer 3

楼主需要搞清楚编译的过程，
1.预处理(Preprocessing)
2.编译(Compilation)
3.汇编(Assembly)
4.链接(Linking)

define在预处理阶段
inline在编译阶段

这样应该明白了吧

Answer 4

环境：

Apple LLVM version 8.0.0 (clang-800.0.38)
Target: x86_64-apple-darwin16.0.0
Thread model: posix

clang -O0 -O1 的结果是 imp1imp1
clang -O2 -O3 的结果是 imp1imp2

我将代码修改了一下，强制使用内联：

struct A {
    __attribute__((always_inline)) static void print() { std::cout << STR; }
};

在任何优化开关下都是 imp1imp2

而当代码强制禁止内联的时候：

struct A {
    __attribute__((noinline)) static void print() { std::cout << STR; }
};

结果与文件顺序相关：
如果 imp1.cpp 排在前面，在任何优化开关下都是 imp1imp1；
如果 imp2.cpp 排在前面，在任何优化开关下都是 imp2imp2；

解释如下：
强制内联时，内联函数的宏会在在两个文件中被独立的替换；
禁止内联时，内联函数的宏会在第一个编译单元被替换(因为如果在多个编译单元被替换就等于内联了)。
未强制的时候（无 __attribute__）在 -O0 -O1下，编译器会关闭内联，而 -O2 -O3 下才打开。

除了成员函数之外，如果是普通内联函数（non-member,non-static-member）定义在头文件里，会引起编译错误，因为重定义；而定义在 cpp 里则根本不会被其他文件的宏所影响。

Answer 5

标准的选择是：禁止这么做。

basic.def.odr#13

There can be more than one definition of a

• ...
• inline function or variable ([dcl.inline]),
• ...

in a program provided that each definition appears in a different translation unit and the definitions satisfy the following requirements.
Given such an entity D defined in more than one translation unit, for all definitions of D, or, if D is an unnamed enumeration, for all definitions of D that are reachable at any given program point, the following requirements shall be satisfied.

• ...
• Each such definition shall consist of the same sequence of tokens, where the definition of a closure type is considered to consist of the sequence of tokens of the corresponding lambda-expression.
• ...

也就是说，inline 函数的每一个定义必须完全一样。

否则，就不能期待编译器给出任何确定的或“合理的”结果。

---

这个要求从 C++ 的第一版标准 (C++98）中就已经存在了。