Czy łączenie obiektów C ++ 17, C ++ 14 i C ++ 11 jest bezpieczne

Załóżmy, że mam trzy skompilowane obiekty, wszystkie wyprodukowane przez ten sam kompilator / wersję :

1. A został skompilowany w standardzie C ++ 11
2. B został skompilowany w standardzie C ++ 14
3. C został skompilowany w standardzie C ++ 17

Dla uproszczenia załóżmy, że wszystkie nagłówki zostały napisane w C ++ 11, używając tylko konstrukcji, których semantyka nie zmieniła się między wszystkimi trzema wersjami standardowymi , a więc wszelkie współzależności zostały poprawnie wyrażone przez włączenie nagłówka, a kompilator nie zgłosił obiektu.

Która kombinacja tych obiektów to jest i czy nie jest bezpieczne połączenie w pojedynczy plik binarny? Czemu?

EDYCJA: mile widziane są odpowiedzi dotyczące głównych kompilatorów (np. Gcc, clang, vs ++)

Która kombinacja tych obiektów to jest i czy nie jest bezpieczne połączenie w pojedynczy plik binarny? Czemu?

W przypadku GCC można bezpiecznie łączyć ze sobą dowolną kombinację obiektów A, B i C. Jeśli wszystkie są zbudowane w tej samej wersji, to są kompatybilne z ABI, wersja standardowa (tj. -stdOpcja) nie robi żadnej różnicy.

Czemu? Ponieważ jest to ważna właściwość naszej realizacji, nad którą ciężko pracujemy.

Problem występuje, gdy łączysz ze sobą obiekty skompilowane z różnymi wersjami GCC i używałeś niestabilnych funkcji nowego standardu C ++, zanim obsługa GCC dla tego standardu została zakończona. Na przykład, jeśli kompilujesz obiekt przy użyciu GCC 4.9 -std=c++11i innego obiektu z GCC 5 -std=c++11, będziesz mieć problemy. Obsługa C ++ 11 była eksperymentalna w GCC 4.x, więc wystąpiły niezgodne zmiany pomiędzy wersjami GCC 4.9 i 5 funkcji C ++ 11. Podobnie, jeśli skompilujesz jeden obiekt z GCC 7 i -std=c++17inny obiekt z GCC 8 i -std=c++17będziesz miał problemy, ponieważ obsługa C ++ 17 w GCC 7 i 8 jest wciąż eksperymentalna i ewoluuje.

Z drugiej strony będzie działać dowolna kombinacja następujących obiektów (chociaż zobacz uwagę poniżej dotyczącą libstdc++.sowersji):

• obiekt D skompilowany za pomocą GCC 4.9 i -std=c++03
• obiekt E skompilowany za pomocą GCC 5 i -std=c++11
• obiekt F skompilowany za pomocą GCC 7 i -std=c++17

Dzieje się tak, ponieważ obsługa C ++ 03 jest stabilna we wszystkich trzech używanych wersjach kompilatora, a więc komponenty C ++ 03 są kompatybilne między wszystkimi obiektami. Obsługa C ++ 11 jest stabilna od GCC 5, ale obiekt D nie używa żadnych funkcji C ++ 11, a obiekty E i F używają wersji, w których obsługa C ++ 11 jest stabilna. Obsługa C ++ 17 nie jest stabilna w żadnej z używanych wersji kompilatora, ale tylko obiekt F używa funkcji C ++ 17, więc nie ma problemu ze zgodnością z pozostałymi dwoma obiektami (jedyne funkcje, które współużytkują, pochodzą z C ++ 03 lub C ++ 11, a użyte wersje sprawiają, że te części są OK). Jeśli później chciałbyś skompilować czwarty obiekt, G, używając GCC 8, a -std=c++17następnie musiałbyś przekompilować F z tą samą wersją (lub bez połączenia z F), ponieważ symbole C ++ 17 w F i G są niekompatybilne.

Jedynym zastrzeżeniem zgodności opisanej powyżej między D, E i F jest to, że twój program musi używać libstdc++.sowspólnej biblioteki z GCC 7 (lub nowszej). Ponieważ obiekt F został skompilowany z GCC 7, musisz użyć współdzielonej biblioteki z tego wydania, ponieważ kompilacja dowolnej części programu z GCC 7 może wprowadzić zależności od symboli, których nie ma w libstdc++.soGCC 4.9 lub GCC 5. Podobnie, jeśli połączyłeś się z obiektem G, zbudowanym z GCC 8, musisz użyć libstdc++.soGCC 8, aby upewnić się, że wszystkie symbole potrzebne G zostały znalezione. Prostą zasadą jest zapewnienie, że biblioteka współdzielona, ​​której program używa w czasie wykonywania, jest co najmniej tak nowa, jak wersja użyta do kompilacji dowolnego z obiektów.

Kolejnym zastrzeżeniem przy używaniu GCC, o którym wspomniano już w komentarzach do twojego pytania, jest to, że od GCC 5 istnieją dwie implementacjestd::string dostępne w libstdc ++. Te dwie implementacje nie są kompatybilne z linkami (mają różne zniekształcone nazwy, więc nie można ich łączyć), ale mogą współistnieć w tym samym pliku binarnym (mają różne zniekształcone nazwy, więc nie powodują konfliktów, jeśli jeden obiekt używa std::stringi inne zastosowania std::__cxx11::string). Jeśli twoje obiekty używają, std::stringzwykle powinny być skompilowane z tą samą implementacją łańcucha. Skompiluj z, -D_GLIBCXX_USE_CXX11_ABI=0aby wybrać oryginalną gcc4-compatibleimplementację lub -D_GLIBCXX_USE_CXX11_ABI=1wybrać nową cxx11implementację (nie daj się zwieść nazwie, może być również używany w C ++ 03, nazywa sięcxx11ponieważ spełnia wymagania C ++ 11). To, która implementacja jest domyślna, zależy od tego, jak skonfigurowano GCC, ale wartość domyślną można zawsze zastąpić makrem w czasie kompilacji.

Odpowiedź składa się z dwóch części. Zgodność na poziomie kompilatora i zgodność na poziomie konsolidatora. Zacznijmy od tego pierwszego.

załóżmy, że wszystkie nagłówki zostały napisane w C ++ 11

Użycie tego samego kompilatora oznacza, że ​​ten sam nagłówek biblioteki standardowej i pliki źródłowe (elementy skojarzone z kompilatorem) będą używane niezależnie od docelowego standardu C ++. Dlatego pliki nagłówkowe biblioteki standardowej są napisane tak, aby były kompatybilne ze wszystkimi wersjami C ++ obsługiwanymi przez kompilator.

To powiedziawszy, jeśli opcje kompilatora użyte do kompilacji jednostki tłumaczeniowej określają konkretny standard C ++, to wszelkie funkcje, które są dostępne tylko w nowszych standardach, nie powinny być dostępne. Odbywa się to za pomocą __cplusplusdyrektywy. Zobacz plik źródłowy wektorowy , aby zobaczyć interesujący przykład jego użycia. Podobnie kompilator odrzuci wszelkie funkcje składniowe oferowane przez nowsze wersje standardu.

Wszystko to oznacza, że ​​twoje założenie może dotyczyć tylko napisanych przez ciebie plików nagłówkowych. Te pliki nagłówkowe mogą powodować niezgodności, jeśli są zawarte w różnych jednostkach tłumaczeniowych przeznaczonych dla różnych standardów C ++. Jest to omówione w załączniku C standardu C ++. Są 4 klauzule, omówię tylko pierwszą, a resztę krótko wspomnę.

C.3.1 Klauzula 2: konwencje leksykalne

Pojedyncze cudzysłowy ograniczają literał znaku w C ++ 11, podczas gdy są separatorami cyfr w C ++ 14 i C ++ 17. Załóżmy, że masz następującą definicję makra w jednym z czystych plików nagłówkowych C ++ 11:

#define M(x, ...) __VA_ARGS__

// Maybe defined as a field in a template or a type.
int x[2] = { M(1'2,3'4) };

Rozważ dwie jednostki tłumaczeniowe, które zawierają plik nagłówkowy, ale są przeznaczone odpowiednio dla C ++ 11 i C ++ 14. W przypadku języka C ++ 11 przecinek w cudzysłowie nie jest traktowany jako separator parametrów; jest tylko jeden parametr. Dlatego kod byłby równoważny z:

int x[2] = { 0 }; // C++11

Z drugiej strony, gdy celujemy w C ++ 14, pojedyncze cudzysłowy są interpretowane jako separatory cyfr. Dlatego kod byłby równoważny z:

int x[2] = { 34, 0 }; // C++14 and C++17

Chodzi o to, że użycie pojedynczych cudzysłowów w jednym z czystych plików nagłówkowych C ++ 11 może spowodować zaskakujące błędy w jednostkach tłumaczeniowych, które są przeznaczone dla C ++ 14/17. Dlatego nawet jeśli plik nagłówkowy jest napisany w C ++ 11, musi być napisany ostrożnie, aby zapewnić zgodność z późniejszymi wersjami standardu. __cplusplusDyrektywa może być tu przydatna.

Pozostałe trzy klauzule standardu to:

C.3.2 Rozdział 3: podstawowe pojęcia

Zmiana : nowy zwykły (bez miejsca docelowego) dezalokator

Uzasadnienie : Wymagane w przypadku zmniejszenia przydziału.

Wpływ na oryginalną funkcję : prawidłowy kod C ++ 2011 może zadeklarować globalną funkcję alokacji miejsca docelowego i funkcję cofania alokacji w następujący sposób:

void operator new(std::size_t, std::size_t); 
void operator delete(void*, std::size_t) noexcept;

Jednak w niniejszej Normie Międzynarodowej deklaracja usunięcia operatora może odpowiadać predefiniowanemu zwykłemu operatorowi usuwania (bez umieszczania) (3.7.4). Jeśli tak, program jest źle sformułowany, jak to miało miejsce w przypadku funkcji alokacji elementów klasy i funkcji cofania alokacji (5.3.4).

C.3.3 Klauzula 7: deklaracje

Zmiana : niestatyczne funkcje składowe constexpr nie są niejawnie stałymi funkcjami składowymi.

Uzasadnienie : Jest to konieczne, aby umożliwić funkcjom składowym constexpr mutowanie obiektu.

Wpływ na oryginalną funkcję : Prawidłowy kod C ++ 2011 może nie zostać skompilowany w tym standardzie międzynarodowym.

Na przykład poniższy kod jest prawidłowy w C ++ 2011, ale nieprawidłowy w tym standardzie międzynarodowym, ponieważ dwukrotnie deklaruje tę samą funkcję składową z różnymi typami zwracanych:

struct S {
constexpr const int &f();
int &f();
};

C.3.4 Klauzula 27: biblioteka wejścia / wyjścia

Zmiana : pobieranie nie jest zdefiniowane.

Uzasadnienie : używanie gadżetów jest uważane za niebezpieczne.

Wpływ na oryginalną funkcję : Prawidłowy kod C ++ 2011 korzystający z funkcji gets może nie zostać skompilowany zgodnie z niniejszą normą międzynarodową.

Potencjalne niezgodności między C ++ 14 i C ++ 17 są omówione w C.4. Ponieważ wszystkie niestandardowe pliki nagłówkowe są napisane w C ++ 11 (jak określono w pytaniu), te problemy nie wystąpią, więc nie będę o nich tutaj wspominał.

Teraz omówię kompatybilność na poziomie konsolidatora. Ogólnie rzecz biorąc, potencjalne przyczyny niezgodności obejmują:

• Format plików obiektowych.
• Procedury uruchamiania i kończenia programu oraz mainpunkt wejścia.
• Optymalizacja całego programu (WPO).

Jeśli format wynikowego pliku obiektowego zależy od docelowego standardu C ++, konsolidator musi mieć możliwość łączenia różnych plików obiektowych. W GCC, LLVM i VC ++ na szczęście tak nie jest. Oznacza to, że format plików obiektowych jest taki sam, niezależnie od docelowego standardu, chociaż w dużym stopniu zależy od samego kompilatora. W rzeczywistości żaden z linkerów GCC, LLVM i VC ++ nie wymaga wiedzy o docelowym standardzie C ++. Oznacza to również, że możemy łączyć pliki obiektowe, które są już skompilowane (łącząc statycznie środowisko wykonawcze).

Jeśli procedura uruchamiania programu (funkcja, która wywołuje main) jest inna dla różnych standardów C ++ i różne procedury nie są ze sobą kompatybilne, wówczas nie byłoby możliwe dowiązanie plików obiektowych. W GCC, LLVM i VC ++ na szczęście tak nie jest. Ponadto podpis mainfunkcji (i ograniczenia, które się do niej stosuje, patrz sekcja 3.6 standardu) jest taki sam we wszystkich standardach C ++, więc nie ma znaczenia, w której jednostce tłumaczeniowej istnieje.

Ogólnie WPO może nie działać dobrze z plikami obiektowymi skompilowanymi przy użyciu różnych standardów C ++. Zależy to dokładnie od tego, które etapy kompilatora wymagają znajomości docelowego standardu, a które nie, oraz od wpływu, jaki ma on na optymalizacje międzyprocedurowe, które krzyżują się z plikami obiektowymi. Na szczęście GCC, LLVM i VC ++ są dobrze zaprojektowane i nie mają tego problemu (nie jestem tego świadomy).

Dlatego GCC, LLVM i VC ++ zostały zaprojektowane tak, aby umożliwić zgodność binarną z różnymi wersjami standardu C ++. Nie jest to jednak wymóg samej normy.

Nawiasem mówiąc, chociaż kompilator VC ++ oferuje przełącznik std , który umożliwia kierowanie na określoną wersję standardu C ++, nie obsługuje kierowania na C ++ 11. Minimalną wersją, którą można określić, jest C ++ 14, która jest domyślną wersją począwszy od Visual C ++ 2013 Update 3. Możesz użyć starszej wersji VC ++ do kierowania na C ++ 11, ale wtedy będziesz musiał użyć innych kompilatorów VC ++ kompilowanie różnych jednostek tłumaczeniowych, które są przeznaczone dla różnych wersji standardu C ++, co co najmniej złamałoby WPO.

UWAGA: Moja odpowiedź może nie być kompletna lub bardzo precyzyjna.

Nowe standardy C ++ są podzielone na dwie części: funkcje językowe i komponenty bibliotek standardowych.

Jak rozumiesz przez nowy standard , zmiany w samym języku (np. Zakresowe dla) prawie nie stanowią problemu (czasami występują konflikty w nagłówkach bibliotek innych firm z nowszymi funkcjami języka standardowego).

Ale standardowa biblioteka ...

Każda wersja kompilatora zawiera implementację standardowej biblioteki C ++ (libstdc ++ z gcc, libc ++ z clang, standardowa biblioteka MS C ++ z VC ++, ...) i dokładnie jedną implementację, niewiele implementacji dla każdej standardowej wersji. Również w niektórych przypadkach możesz użyć innej implementacji biblioteki standardowej niż dostarczony przez kompilator. To, na co powinieneś zwrócić uwagę, to połączenie starszej implementacji biblioteki standardowej z nowszą.

Konflikt, który może wystąpić między bibliotekami stron trzecich a Twoim kodem, to biblioteka standardowa (i inne biblioteki), która łączy się z bibliotekami stron trzecich.