問題となるケース

以下のようなコードをコンパイルする。

foo.h

#include <vector>

template <typename T>
struct Foo {
#ifdef USE_DEFAULT
  Foo() = default;
#else
  Foo() {}
#endif
  std::vector<int> x;
};

foo.cc

#include "foo.h"
template struct Foo<int>;

Foo() {} のほうだと

$ g++ -std=c++11 -c foo.cc 
$ nm -C foo.o | grep Foo
0000000000000000 W Foo<int>::Foo()
0000000000000000 W Foo<int>::Foo()
0000000000000000 n Foo<int>::Foo()

のようにコンストラクタのコードが生成されていることがわかる。
一方、 Foo() = default; だと

$ g++ -std=c++11 -c -DUSE_DEFAULT foo.cc 
$ nm foo.o 
(出力なし)

のように生成されない。

これは g++ のバグのようだ → https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=57728

C++11 以降だと、テンプレートの明示的インスタンス化は、利用側での extern template と併せて使われることが多いと思うが、その場合このコンストラクタの定義が生成されていないため、リンク時にエラーになる。

確認は以下の g++ 5.4.0 で行ったが、最新の 7.2.0 でも同様の結果だったので直っていないようだ。


$ g++ --version
g++ (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.5) 5.4.0 20160609
Copyright (C) 2015 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

インライン ?

extern template でインスタンス化を抑制しているからといって、インライン化しないわけではない。
インライン化された場合にはこのバグは問題にならない。

上の例の foo.h を利用する以下のコードを考える。

main.cc

#include "foo.h"

extern template class Foo<int>;

int main() {
  Foo<int> foo;
}

最適化オプションなしでコンパイルすると以下のようになる。

$ g++ -std=c++11 -c -DUSE_DEFAULT main.cc
$ nm -C main.o  | grep Foo
                 U Foo<int>::Foo()
0000000000000000 W Foo<int>::~Foo()
0000000000000000 W Foo<int>::~Foo()
0000000000000000 n Foo<int>::~Foo()

コンストラクタのシンボルを参照している。しかしこのコンストラクタは生成されていないから、リンク時にエラーとなる。

$ g++ -std=c++11 -DUSE_DEFAULT main.cc foo.cc
/tmp/ccQHJquT.o: In function `main':
main.cc:(.text+0x1f): undefined reference to `Foo<int>::Foo()'
collect2: error: ld returned 1 exit status

一方、 -O2 をつけてみると

$ g++ -std=c++11 -c -DUSE_DEFAULT -O2 main.cc
$ nm -C main.o  | grep Foo
(出力なし)
$ g++ -std=c++11 -DUSE_DEFAULT -O2 main.cc foo.cc
$ echo $?
0

と問題なくリンクできる。インライン化により、コンストラクタ呼び出しが消滅しているためである。

対処法

明示的インスタンス化するクラスでは = default を使わない
extern template を使わない

のような消極的な方法しか思いつかない…。

まとめ

C++ テンプレートクラスの明示的インスタンス化の際、 =default で定義された関数が生成されない g++ のバグについて書きました。

g++: テンプレートクラスの明示的インスタンス化で `=default` した関数が生成されないバグ

問題となるケース

インライン ?

対処法

まとめ