template Instantiate的一个坑

Posted 2020-11-20 sarecrow

在做反射的时候发现了一个模板实例化的坑。在定义meta类时，我会用宏来特化一个meta模板类来生成自定义类的meta类。然而当我在多个cpp中生成meta类后，运行时却发现部分meta类方法并不是使用特化类中的方法。

首先来看一个例子：

Test1.cpp

#include <iostream>

template<class T>
class A
{
public:
	static int GetMemberS() { return 300; }
};

extern int Test22();

int Test11()
{
	return A<int>::GetMemberS();
}

int main()
{
	std::cout << Test11() << std::endl;
	std::cout << Test22() << std::endl;
}

Test2.cpp：

#include <iostream>

template<class T>
class A 
{
public:
	static int GetMemberS() { return 100; }
};

template<>
class A<int>
{
public:
	static int GetMemberS() { return 200; }
};

int Test22()
{
	return A<int>::GetMemberS();
}

输出：

300
300

原因是在Test1编译单元中，实例化了A<int>类，在Test2编译单元中，特化了A<int>类，这样在两个编译单元存在同名的符号，不符合C++ One Definition Rule 的标准，编译器并不能处理不同编译单元之间的冲突。由链接器负责处理该情况。链接器会根据符号的强弱性来选择最终的符号，丢弃其他同名符号。大体规则是：

1.存在相同的强符号，链接错误

2.存在一个强符号和多个弱符号，选择强符号

3.存在多个弱符号，随机选择（依赖链接器行为）

而模板类成员函数是弱符号，所以会随机选择（如果你把文件名调换，编译顺序改变，你会发现结果不一样）

所以当针对模板类或者模板函数特化时，一般来说最好全部写在一个头文件中，防止不同编译单元不一致的情况。

现在就容易理解为何我在不同cpp中使用宏生成的特化类在链接之后会有部分特化类的方法丢失的情况了。解决方法很简单，把所有反射类注册的地方写到一个cpp里就可以了。

一个小技巧是如果你想确保某些模板类的实例化确实是使用的特化版的类时，你可以在非特化版的类里加static_assert来判断模板参数类是否有某些公共方法或者属性。