C++ 类的成员函数定义在.h中为什么会产生函数重定义错误?

前言

此篇博客来源于我在百度知道的一个回答，当时回答的不太清楚，而且追答的时候又有字数的限制，不得已决定写个博客来。

问题如下

F.h: void F(){}
1.cpp: #include"F.h"  void main(){F()}
2.cpp: #include"F.h"   void ff(){F()}

这样会报error LNK2005的错误。但为什么连接的时候会检查重定义？

问题描述

此程序有三个文件，F.h, 1.cpp, 2.cpp，两个cpp分别包含F.h，然后都调用F()函数，编译的时候报告error link 2005的错误。

我的回答

首先在F.h中，你已经对F()函数进行了定义，这样你在1.cpp和2.cpp进行包含的时候，两个cpp都会有这个函数的定义。在编译期，编译期会根据F.h和1.cpp来编译生成1.o， 然后根据F.h和2.cpp编译生成2.o(请注意，1.o和2.o都有一个对于F函数的定义代码，注意注意是定义，不是声明)，最后在链接器链接的时候，它发现在main函数中需要调用F()，于是开始寻找F的定义代码，很显然在1.o可以找到，在2.o也可以找到，那么链接器就晕菜了。同一个F函数，竟然有两个目标文件有定义，它不知道该选择哪一个了，于是就报重定义的链接错误。

其实我感觉你是认为在1.cpp已经有F()函数的定义了，就直接拿来用就行了，不应该去2.cpp生成的o文件查看，不过编译器不是这样的。 你从编译器的角度来看看这个问题， 你在F.h定义了F()函数，这个函数被其他文件包含，这个函数又不是static，那么这个函数就具有全局的作用域，也就是说1.cpp和2.cpp中的F()的实现都具有全局的概念，或者你可以这样想，你完全可以在2.cpp有一个ff的函数的实现，然后在1.cpp的main中去调用ff，不过如果你直接在main中调用，在编译期就会报告这个ff找不到，因为编译器在编译1.cpp的时候，只会查看F.h，而不会查看2.cpp， 它发现找不到ff，虽然你的这个ff在2.cpp中确实有定义。 针对这种情况的一个做法是你在F.h中声明这个ff函数或者在1.cpp中通过extern前向声明ff函数，这两种方法都是通过明确告知编译器ff这个函数的定义是存在的(就是说你不用管ff的定义在哪儿，反正它就是存在，就是存在。)，1.cpp既然认为ff存在，那么就可以编译1.cpp到1.o。 在链接器的时候，编译器需要将多个o文件链接成1个完整的exe文件，它寻找所有的.o文件，看看哪个里面有ff函数的定义(很幸运，在2.cpp生成的.o文件找到了ff的定义)，这样它就可以修改1.o中的ff的调用地址为2.o中ff函数定义的地址(这个地方其实要做很多工作，因为需要将多个.o文件整合成一个exe，因此很多都需要加入地址偏移量)，这样就可以生成exe了，如果在2.o中也没有ff函数，那么链接器就比较郁闷了，它会说ff未定义错误，虽然ff声明是有的，但是链接器在所有的.o文件中都无法找到ff，因此它就报错了。

如果还想知道一些更多的东西，建议看看动态链接库中的lib和dll，当编译引用库的时候，只需要lib就可以编译生成exe，但是在执行的时候，需要dll才可以正常执行。 这是因为这个里面的lib相当于告诉了编译器在2.o中ff的实现的地址，这样编译器在链接的时候，根据lib的描述，是可以正常生成exe的，然后在执行期，exe发现自己的这个地址是指向dll的，于是它开始寻找这个dll，但是找不到，就哭逼了，例如假设你给一个假的dll，它找到了这个dll，载入了这个dll，但是在执行具体函数的时候，在dll根据lib描述的地址去寻找，发现找不到，于是程序会直接崩溃，因为函数的地址给的是错误的。 也就是说lib给出了函数的地址，让编译器用于连接，dll给出了具体的函数实现代码的指令集，用于真正执行。

我的一些其他想法

本来想把上面的回答再完善一些，加入一些例子，demo以将重定义，未定义，找不到声明等等编译并连接错误演示一遍，并挖掘一下其后的原因，但是我明显发现最近关注c，c++的少多了，客户端开发多了起来，我也不清楚如果仔细的将这个关于c++编译链接的博客做的再好一些是否那么大的意义，因此这次我决定看看大家的反馈来决定后面继不继续详细阐述它。毕竟，深挖需要很大的工作量。

角度

如果深挖的话，主要有下面的几个角度：

1. c++各种常见的编译链接错误

2. c++静态库lib的一些看法

3. c++动态库lib和dll的一些看法

4. 大家提出自己遇到的c++编译或者链接的错误分享出来，我尽力在这里解释其错误背后的原因

目标

当深挖后，大家读完这样的博客，希望能给大家带来一些帮助，最好能够达成下面的目标：

1. 对于c++编译链接错误的发生，不仅做到知其然，还要知其所以然，能够快速定位错误并改正它

2. 尽量能够覆盖当前c++编译的时候所遇到的常见错误

3. 关于编译环境引起的错误，自己研究的也很浅陋，可能就没法覆盖了。大家尽量在评论中分享这样的错误，这样其他网友也可以奉献自己的力量了。

期待大家的反馈！

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