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当一起编译的两个 C++ 文件各自包含不同的结构定义（具有相同名称）时，我在 C++ 程序中遇到了分段错误。

根据这个问题，我知道结构定义仅限于翻译单元（文件及其包含）。

但是，在编译时启用 -O1 或更多时会崩溃。以下最小代码重现了段错误。

该代码位于 3 个简短的 C++ 文件和 2 个头文件中：

// td_collision1.cc
#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include "td1.h"

struct Data
{
  long a;
  double m1;
  double m2;
};

void sz1(void) {
    std::cout << "Size of in collision1: " << sizeof(struct Data) << std::endl;
}

void collision1(void) {
    struct Data tmp;
    std::vector<struct Data> foo;
    for (int i=0; i<10; i++) {
        tmp.a = 1;
        tmp.m1 = 0;
        tmp.m2 = 0;
        foo.push_back(tmp);
    }
}
// td1.h
#include <iostream>

void collision1(void);
void sz1(void);

// td_collision2.cc
#include <iostream>
#include <vector>
#include <cstdlib>
#include "td2.h"

struct Data {
  long a;
  double m1; // note that there is one member less here
};

void sz2(void) {
    std::cout << "Size of in collision2: " << sizeof(struct Data) << std::endl;
}

void collision2(void) {
    struct Data tmp2;
    std::vector<struct Data> bar;
    for (int i=0; i<100; i++) {
        tmp2.a = 1;
        tmp2.m1 = 0;
        bar.push_back(tmp2); // errors occur here
    }
}
// td2.h
#include <iostream>

void collision2(void);
void sz2(void);

// td_main.cc
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include "td1.h"
#include "td2.h"

int main(void) {
    sz1();
    sz2();
    collision2();
}

使用带有 -O0 标志的 GCC 6.3 编译的这段代码在 valgrind 下运行良好且没有错误。但是，使用 -O1 或 O2 运行它会导致以下输出：

Size of in collision1: 24
Size of in collision2: 16
==326== Invalid write of size 8
==326==    at 0x400F6C: construct<Data, const Data&> (new_allocator.h:120)
==326==    by 0x400F6C: construct<Data, const Data&> (alloc_traits.h:455)
==326==    by 0x400F6C: push_back (stl_vector.h:918)
==326==    by 0x400F6C: collision2() (td_collision2.cc:22)
==326==    by 0x400FE8: main (td_main.cc:10)
==326==  Address 0x5aba1f0 is 0 bytes after a block of size 96 alloc'd
==326==    at 0x4C2E1FC: operator new(unsigned long) (vg_replace_malloc.c:334)
==326==    by 0x400DE9: allocate (new_allocator.h:104)
==326==    by 0x400DE9: allocate (alloc_traits.h:416)
==326==    by 0x400DE9: _M_allocate (stl_vector.h:170)
==326==    by 0x400DE9: void std::vector<Data, std::allocator<Data> >::_M_emplace_back_aux<Data const&>(Data const&) (vector.tcc:412)
==326==    by 0x400F7E: push_back (stl_vector.h:924)
==326==    by 0x400F7E: collision2() (td_collision2.cc:22)
==326==    by 0x400FE8: main (td_main.cc:10)
==326== 
==326== Invalid write of size 8
==326==    at 0x400F69: construct<Data, const Data&> (new_allocator.h:120)
==326==    by 0x400F69: construct<Data, const Data&> (alloc_traits.h:455)
==326==    by 0x400F69: push_back (stl_vector.h:918)
==326==    by 0x400F69: collision2() (td_collision2.cc:22)
==326==    by 0x400FE8: main (td_main.cc:10)
==326==  Address 0x5aba1f8 is 8 bytes after a block of size 96 alloc'd
==326==    at 0x4C2E1FC: operator new(unsigned long) (vg_replace_malloc.c:334)
==326==    by 0x400DE9: allocate (new_allocator.h:104)
==326==    by 0x400DE9: allocate (alloc_traits.h:416)
==326==    by 0x400DE9: _M_allocate (stl_vector.h:170)
==326==    by 0x400DE9: void std::vector<Data, std::allocator<Data> >::_M_emplace_back_aux<Data const&>(Data const&) (vector.tcc:412)
==326==    by 0x400F7E: push_back (stl_vector.h:924)
==326==    by 0x400F7E: collision2() (td_collision2.cc:22)
==326==    by 0x400FE8: main (td_main.cc:10)
==326== 
==326== 
==326== HEAP SUMMARY:
==326==     in use at exit: 0 bytes in 0 blocks
==326==   total heap usage: 5 allocs, 5 frees, 73,896 bytes allocated
==326== 
==326== All heap blocks were freed -- no leaks are possible
==326== 
==326== For counts of detected and suppressed errors, rerun with: -v
==326== ERROR SUMMARY: 191 errors from 2 contexts (suppressed: 0 from 0)

当 libc 重新分配时，该push_back()函数失败std::vector<struct Data> bar。（在我的例子中，它的大小最初是 4 个项目，然后在循环中调用 push_back() 时进一步调整向量的大小。）当struct Datatd_collision1.cc 的大小与 td_collision2.cc 中的大小相同时，程序不会崩溃.

因此，这两种结构定义之间似乎存在冲突。事实上，如果我重命名一个结构，这个错误显然会消失。但是，如上所述，我认为这不可能发生。我误解了什么？此外，如果我摆脱了功能collision1()，段错误就会消失（struct Data在collision1中可能因为未使用而被编译器抛弃）

我的理解是，这两个 CC 文件之间存在明确的分隔，如果标题中不存在结构，则不应出现“串扰”。

编辑：添加缺少的 td2.h

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3 回答 3

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您链接的答案是针对 C 语言的，而 C 不是 C++。

在 C++ 中（来自en.cppreference的引用，请参阅Danh对标准的回答），规则如下：

一个程序中可以有多个定义，只要每个定义出现在不同的翻译单元中，以下各项：类类型 [...]，只要以下所有条件都为真：

  • 每个定义都由相同的标记序列组成（通常出现在同一个头文件中）

  • [...]

如果满足所有这些要求，则程序的行为就好像整个程序中只有一个定义。否则，行为是 undefined。

您的两个定义显然违反了第一个条件，因此行为未定义。

于 2017-01-05T09:18:51.540 回答
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从basic.def.odr，（...被我省略了）：

一个类类型（子句 [class]）可以有多个定义，...... 给定这样一个名为 D 的实体在多个翻译单元中定义，则：

  • D 的每个定义都应由相同的记号序列组成；和
  • ...

如果 D 是一个模板并且在多个翻译单元中定义，那么前面的要求既适用于模板定义中使用的模板封闭范围的名称（[temp.nondep]），也适用于该点的依赖名称实例化（[temp.dep]）。如果 D 的定义满足所有这些要求，那么行为就好像有一个 D的定义。如果 D 的定义不满足这些要求，那么行为是未定义的。

在您的程序中，struct Dataintd_collision1.cc和 in 的定义td_collision2.cc彼此不匹配，因此，定义struct Data不满足这些要求，则行为未定义。

于 2017-01-05T09:14:44.180 回答
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好吧，您正在链接 C 答案，但您的问题是关于 C++ 的。两种语言，两种标准，两种答案。

也就是说，我相信 C 的答案也应该是它是不允许的，根据单一定义规则（两种语言都有）。违反这是未定义的行为，其中包括分段错误。

于 2017-01-05T09:08:52.530 回答