为什么使用内联函数的程序根据链接顺序和参数有不同的行为？

Question

我知道答案，但我们可以有一些有趣的分析。我们会学会玩得开心的！

我用gcc的4.1.2来做那些测试。

首先，这段代码是不标准的，因为内联函数在不同的翻译单元中会有不同的定义。我知道这个。但让我们分析一下发生了什么，并给出了答案，我将提出三个问题。我们将从中学到:)

我将保持文件简单(例如，没有#ifndef警卫)。

假设我有这些文件：

增量.h

inline int increment()
{
    static int value = 0;
    return ++value;
}

递减.h

int decrement();

decrement.cpp

inline int increment()
{
    static int value = 0;
    return --value; // Attention to this
}

int decrement()
{
    return increment();
}

main.cpp

#include <iostream>
#include "increment.h"
#include "decrement.h"

using namespace std;

int main()
{
    cout << increment() << endl;
    cout << increment() << endl;
    cout << decrement() << endl;
}

如果我用这个Makefile编译它们：

CC=gcc
CFLAGS=-I. -O2

crazy: main.o decrement.o
        $(CC) -lstdc++ main.o decrement.o -o crazy

main.o: main.cpp increment.h decrement.h
        $(CC) $(CFLAGS) -c main.cpp -o main.o

decrement.o: decrement.cpp decrement.h
        $(CC) $(CFLAGS) -c decrement.cpp -o decrement.o

clean:
        rm -f *.o *.~ crazy

产出如下：

1
2
1

如果我从Makefile中移除-O2标志：

  CFLAGS=-I.

产出如下：

1
2
3

如果我还更改了main.o和obment.o的顺序(将其保留在没有-O2标志的情况下，就像刚才做的那样)：

$(CC) -lstdc++ decrement.o main.o -o crazy

结果是：

-1
-2
-3

这是怎么回事？为什么-O2标志和对象文件链接的顺序会这样改变输出？

Answer 1

这里有两个翻译单位: main.cpp和decrement.cpp

让我们替换增量.h和递减.h的#include指令，以查看main.cpp和decrement.cpp在预处理器传递后的样子(我不会替换其他包含)：

decrement.cpp

inline int increment()
{
    static int value = 0;
    return --value; // Attention to this
}

int decrement()
{
    return increment();
}

main.cpp

#include <iostream>

inline int increment()
{
    static int value = 0;
    return ++value;
}

int decrement();

using namespace std;

int main()
{
    cout << increment() << endl;
    cout << increment() << endl;
    cout << decrement() << endl;
}

对于decrement.cpp，它将类似于链接器的符号导出：

(inline) int increment::value = 0;
inline int increment(); // exported only if -O2 flag is NOT specified, with -O2 it is inlined
int decrement();

在main.cpp的例子中，它导出：

int (inline) increment::value = 0;
inline int increment(); // exported only if -O2 flag is NOT specified, with -O2 it is inlined
int main();

如果增量实际上是内联的(-O2标志集)，“int：：增量值= 0”由链接器定义，这些转换单元将变成：

decrement.cpp

int decrement()
{
    return --increment::value;
}

main.cpp

#include <iostream>

int decrement();

using namespace std;

int main()
{
    cout << ++increment::value << endl;
    cout << ++increment::value << endl;
    cout << decrement() << endl;
}

所以我们得到这样的行为：

1
2
1

但是，如果我们移除-O2标志，编译器不会内联这些函数，而是为它们创建一个主体(因此调试将更容易，因为调试器将有一个为该函数放置断点的唯一位置)。因此，将为“内联int增量()”创建两个主体。一个在decrement.cpp (递减.o)中，它将减少值，另一个在main.cpp (main.o)中，它将增加值。

在链接时，如果没有内联"int增量()“，则多个正文定义将导致链接器错误，因为函数的主体只应该定义一次。但是，由于它是内联的，所以链接器假设“内联int增量()”的所有体在所有翻译单元中都是相同的，因为标准规定所有内联函数必须在任何地方都有相同的主体，链接器只是选择其中的第一个。

如果您链接：

$(CC) -lstdc++ main.o decrement.o -o crazy

第一个主体是main.o中的主体，它增加值。所以你得到了：

1
2
3

但如果你链接到：

    $(CC) -lstdc++ decrement.o main.o -o crazy

链接器从减量中选择身体，这实际上降低了值。所以你得到了：

-1
-2
-3

问:如果一个主体(main.o)将值初始化为0，而另一个主体将值初始化为，例如，value = 3，会发生什么情况？你认为如何？