c++11 - 使用与 typedef - 是否存在微妙的、鲜为人知的区别？

Question

背景

大家都同意

using <typedef-name> = <type>;

相当于

typedef <type> <typedef-name>;

出于各种原因，前者优于后者(请参阅 Scott Meyers，Effective Modern C++ 以及 stackoverflow 上的各种相关问题)。

这由 [dcl.typedef] 支持:

A typedef-name can also be introduced by an alias-declaration. The identifier following the using keyword becomes a typedef-name and the optional attribute-specifier-seq following the identifier appertains to that typedef-name. Such a typedef-name has the same semantics as if it were introduced by the typedef specifier.

但是，请考虑这样的声明

typedef struct {
    int val;
} A;

对于这种情况，[dcl.typedef] 指定:

If the typedef declaration defines an unnamed class (or enum), the first typedef-name declared by the declaration to be that class type (or enum type) is used to denote the class type (or enum type) for linkage purposes only (3.5).

引用的第 3.5 节 [basic.link] 说

A name having namespace scope that has not been given internal linkage above has the same linkage as the enclosing namespace if it is the name of [...] an unnamed class defined in a typedef declaration in which the class has the typedef name for linkage purposes [...]

假设上面的 typedef 声明是在全局命名空间中完成的，则结构 A 将具有外部链接，因为全局命名空间具有外部链接。

问题

现在的问题是，如果根据“它们是等价的”这一共同概念将 typedef 声明替换为别名声明，情况是否相同:

using A = struct {
    int val;
};

特别是，通过别名声明(“using”)声明的类型 A 是否与通过 typedef 声明声明的类型具有相同的链接？

请注意，[decl.typedef] 并没有说别名声明是一个 typedef 声明(它只是说两者都引入了 typedef 名称)并且 [decl.typedef] 仅表示typedef 声明(不是别名声明)，具有引入 typedef 名称用于链接目的的属性。如果别名声明无法引入用于链接目的的 typedef 名称，则 A 将只是匿名类型的别名，根本没有链接。

IMO，这至少是对该标准的一种可能的解释，尽管是严格的。当然，我可能忽略了一些事情。

这提出了后续问题:

• 如果确实存在这种微妙的差异，是有意为之还是真的这是标准中的疏忽吗？
• 编译器/链接器的预期行为是什么？

研究

以下由三个文件组成的最小程序(我们至少需要两个单独的编译单元)用于调查该问题。

a.hpp

#ifndef A_HPP
#define A_HPP

#include <iosfwd>

#if USING_VS_TYPEDEF
using A = struct {
     int val;
};
#else
typedef struct {
     int val;
} A;
#endif

void print(std::ostream& os, A const& a);

#endif // A_HPP

a.cpp

#include "a.hpp"
#include <iostream>

void print(std::ostream& os, A const& a)
{
   os << a.val << "\n";
}

main.cpp

#include "a.hpp"
#include <iostream>

int main()
{
    A a;
    a.val = 42;
    print(std::cout, a);
}

海湾合作委员会

使用带有“typedef”变体的 gcc 7.2 进行编译，可以干净地编译并提供预期的输出:

> g++ -Wall -Wextra -pedantic-errors -DUSING_VS_TYPEDEF=0 a.cpp main.cpp
> ./a.out
42

使用“using”变体进行编译会产生编译错误:

> g++ -Wall -Wextra -pedantic-errors -DUSING_VS_TYPEDEF=1 a.cpp main.cpp
a.cpp:4:6: warning: ‘void print(std::ostream&, const A&)’ defined but not used [-Wunused-function]
void print(std::ostream& os, A const& a)
     ^~~~~
In file included from main.cpp:1:0:
a.hpp:16:6: error: ‘void print(std::ostream&, const A&)’, declared using unnamed type, is used but never defined [-fpermissive]
void print(std::ostream& os, A const& a);
     ^~~~~
a.hpp:9:2: note: ‘using A = struct<unnamed>’ does not refer to the unqualified type, so it is not used for linkage
};
 ^
a.hpp:16:6: error: ‘void print(std::ostream&, const A&)’ used but never defined
void print(std::ostream& os, A const& a);
     ^~~~~

这看起来 GCC 遵循了上述标准的严格解释，并且在 typedef 和别名声明之间的链接方面有所不同。

clang

使用 clang 6，两个变体都可以干净地编译和运行，没有任何警告:

> clang++ -Wall -Wextra -pedantic-errors -DUSING_VS_TYPEDEF=0 a.cpp main.cpp
> ./a.out
42

> clang++ -Wall -Wextra -pedantic-errors -DUSING_VS_TYPEDEF=1 a.cpp main.cpp
> ./a.out
42

因此，人们也可以问

• 哪个编译器是正确的？

Answer 1

在我看来，这就像 GCC 中的一个错误。

Note that [decl.typedef] does not say that an alias declaration is a typedef declaration

你是对的，[dcl.dcl]p9 给出了术语typedef 声明的定义，其中不包括别名声明。但是，[dcl.typedef] 确实明确表示，正如您在问题中引用的那样:

2 A typedef-name can also be introduced by an alias-declaration. The identifier following the using keyword becomes a typedef-name and the optional attribute-specifier-seq following the identifier appertains to that typedef-name. It has the same semantics as if it were introduced by the typedef specifier. [...]

“相同的语义”不会留下任何疑问。在GCC的解释下，typedef和using具有不同的语义，因此唯一合理的结论是GCC的解释是错误的。任何适用于 typedef 声明的规则都必须解释为也适用于别名声明。