c++ - 使用 clang++、-fvisibility=hidden、typeinfo 和 type-erasure

Question

这是我在 Mac OS X 上使用 clang++ 时遇到的问题的缩小版本。经过认真编辑，以更好地反射(reflect)真正的问题(描述问题的第一次尝试没有表现出问题)。

失败

我有一个 C++ 软件，在目标文件中有大量符号，所以我使用 -fvisibility=hidden保持我的符号表很小。众所周知，在这种情况下，必须特别注意 vtables，我想我面临这个问题。但是，我不知道如何以一种让 gcc 和 clang 都满意的方式优雅地解决它。

考虑 base具有向下转换运算符的类，as , 和 derived类模板，其中包含一些有效负载。对base/derived<T>用于实现类型删除:

// foo.hh

#define API __attribute__((visibility("default")))

struct API base
{
  virtual ~base() {}

  template <typename T>
  const T& as() const
  {
    return dynamic_cast<const T&>(*this);
  }
};

template <typename T>
struct API derived: base
{};

struct payload {}; // *not* flagged as "default visibility".

API void bar(const base& b);
API void baz(const base& b);

然后我有两个提供类似服务的不同编译单元，我可以将其近似为相同功能的两倍:从 base 向下转换至derive<payload> :

// bar.cc
#include "foo.hh"
void bar(const base& b)
{
  b.as<derived<payload>>();
}

和

// baz.cc
#include "foo.hh"
void baz(const base& b)
{
  b.as<derived<payload>>();
}

从这两个文件中，我构建了一个 dylib。这里是 main函数，从 dylib 调用这些函数:

// main.cc
#include <stdexcept>
#include <iostream>
#include "foo.hh"

int main()
try
  {
    derived<payload> d;
    bar(d);
    baz(d);
  }
catch (std::exception& e)
  {
    std::cerr << e.what() << std::endl;
  }

最后，一个 Makefile 来编译和链接每个人。这里没有什么特别的，当然除了 -fvisibility=hidden .

CXX = clang++
CXXFLAGS = -std=c++11 -fvisibility=hidden

all: main

main: main.o bar.dylib baz.dylib
    $(CXX) -o $@ $^

%.dylib: %.cc foo.hh
    $(CXX) $(CXXFLAGS) -shared -o $@ $<

%.o: %.cc foo.hh
    $(CXX) $(CXXFLAGS) -c -o $@ $<

clean:
    rm -f main main.o bar.o baz.o bar.dylib baz.dylib libba.dylib

在 OS X 上使用 gcc (4.8) 运行成功:

$ make clean && make CXX=g++-mp-4.8 && ./main 
rm -f main main.o bar.o baz.o bar.dylib baz.dylib libba.dylib
g++-mp-4.8 -std=c++11 -fvisibility=hidden -c main.cc -o main.o
g++-mp-4.8 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o bar.dylib bar.cc
g++-mp-4.8 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o baz.dylib baz.cc
g++-mp-4.8 -o main main.o bar.dylib baz.dylib

但是对于 clang (3.4)，这会失败:

$ make clean && make CXX=clang++-mp-3.4 && ./main
rm -f main main.o bar.o baz.o bar.dylib baz.dylib libba.dylib
clang++-mp-3.4 -std=c++11 -fvisibility=hidden -c main.cc -o main.o
clang++-mp-3.4 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o bar.dylib bar.cc
clang++-mp-3.4 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o baz.dylib baz.cc
clang++-mp-3.4 -o main main.o bar.dylib baz.dylib
std::bad_cast

如果我使用它会起作用

struct API payload {};

但我不想暴露负载类型。所以我的问题是:

1. 为什么 GCC 和 Clang 在这里不同？
2. 是真的在使用 GCC，还是我只是“幸运”地使用了未定义的行为？
3. 我有办法避免payload使用 Clang++ 上市？

提前致谢。

可见类模板与不可见类型参数的类型相等(编辑)

我现在对正在发生的事情有了更好的了解。似乎 GCC 和 clang 都要求类模板及其参数都是可见的(在 ELF 意义上)以构建唯一类型。如果您更改 bar.cc和 baz.cc功能如下:

// bar.cc
#include "foo.hh"
void bar(const base& b)
{
  std::cerr
    << "bar value: " << &typeid(b) << std::endl
    << "bar type:  " << &typeid(derived<payload>) << std::endl
    << "bar equal: " << (typeid(b) == typeid(derived<payload>)) << std::endl;
  b.as<derived<payload>>();
}

并且如果你做了payload也可见:

struct API payload {};

那么你会看到 GCC 和 Clang 都会成功:

$ make clean && make CXX=g++-mp-4.8
rm -f main main.o bar.o baz.o bar.dylib baz.dylib libba.dylib
g++-mp-4.8 -std=c++11 -fvisibility=hidden -c -o main.o main.cc
g++-mp-4.8 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o bar.dylib bar.cc
g++-mp-4.8 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o baz.dylib baz.cc
./g++-mp-4.8 -o main main.o bar.dylib baz.dylib
$ ./main
bar value: 0x106785140
bar type:  0x106785140
bar equal: 1
baz value: 0x106785140
baz type:  0x106785140
baz equal: 1

$ make clean && make CXX=clang++-mp-3.4
rm -f main main.o bar.o baz.o bar.dylib baz.dylib libba.dylib
clang++-mp-3.4 -std=c++11 -fvisibility=hidden -c -o main.o main.cc
clang++-mp-3.4 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o bar.dylib bar.cc
clang++-mp-3.4 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o baz.dylib baz.cc
clang++-mp-3.4 -o main main.o bar.dylib baz.dylib
$ ./main
bar value: 0x10a6d5110
bar type:  0x10a6d5110
bar equal: 1
baz value: 0x10a6d5110
baz type:  0x10a6d5110
baz equal: 1

类型相等性很容易检查，实际上只有一个类型的实例化，正如其唯一地址所证明的那样。

但是，如果您从 payload 中删除可见属性:

struct payload {};

然后你得到 GCC:

$ make clean && make CXX=g++-mp-4.8
rm -f main main.o bar.o baz.o bar.dylib baz.dylib libba.dylib
g++-mp-4.8 -std=c++11 -fvisibility=hidden -c -o main.o main.cc
g++-mp-4.8 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o bar.dylib bar.cc
g++-mp-4.8 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o baz.dylib baz.cc
g++-mp-4.8 -o main main.o bar.dylib baz.dylib
$ ./main
bar value: 0x10faea120
bar type:  0x10faf1090
bar equal: 1
baz value: 0x10faea120
baz type:  0x10fafb090
baz equal: 1

现在有几个 derived<payload> 类型的实例化。 (由三个不同的地址见证)，但 GCC 认为这些类型是相等的，并且(当然)这两个 dynamic_cast通过。

在clang的情况下就不同了:

$ make clean && make CXX=clang++-mp-3.4
rm -f main main.o bar.o baz.o bar.dylib baz.dylib libba.dylib
clang++-mp-3.4 -std=c++11 -fvisibility=hidden -c -o main.o main.cc
clang++-mp-3.4 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o bar.dylib bar.cc
clang++-mp-3.4 -std=c++11 -fvisibility=hidden -shared -o baz.dylib baz.cc
.clang++-mp-3.4 -o main main.o bar.dylib baz.dylib
$ ./main
bar value: 0x1012ae0f0
bar type:  0x1012b3090
bar equal: 0
std::bad_cast

该类型也有三个实例化(删除失败的 dynamic_cast 确实表明存在三个)，但是这一次，它们不相等，并且 dynamic_cast (当然)失败了。

现在问题变成了: 1.这两个编译器之间的差异是他们的作者想要的吗 2.如果不是，两者之间的“预期”行为是什么

我更喜欢 GCC 的语义，因为它允许真正实现类型删除，而无需公开公开封装的类型。

Answer 1

我已经向 LLVM 的人报告了这个，它是 first noted如果它适用于 GCC，那是因为:

I think the difference is actually in the c++ library. It looks like libstdc++ changed to always use strcmp of the typeinfo names:

https://gcc.gnu.org/viewcvs/gcc?view=revision&revision=149964

Should we do the same with libc++?

对此，它是 clearly answered that :

No. It pessimizes correctly behaving code to work around code that violates the ELF ABI. Consider an application that loads plugins with RTLD_LOCAL. Two plugins implement a (hidden) type called "Plugin". The GCC change now makes this completely separate types identical for all RTTI purposes. That makes no sense at all.

所以我不能用 Clang 做我想做的事:减少已发布符号的数量。但它似乎比 GCC 的当前行为更理智。太糟糕了。