clang++ 18下含requires表达式的模板函数出现未定义引用，代码是否合法？

问题描述 #

我编写了一段测试代码，在g++ 13.2及clang++ 17及以下版本均可正常编译链接，但使用clang++ 18编译时失败，出现未定义引用错误。通过nm工具查看发现，clang++ 18将requires条件纳入了导出符号名称中，而旧版本并未如此。请问这段代码是否符合C++标准？

测试代码 #

test.cpp #

#include "test.hpp"

#include <optional>
#include <stdio.h>
#include <string>

template<class T>
    requires(!std::is_same_v<T, std::string>)
std::optional<T> myFunction(std::string arg) {
    return std::optional<T>{};
}

template std::optional<int> myFunction<int>(std::string arg);

test.hpp #

#pragma once

#include <optional>
#include <string>

template<class T>
std::optional<T> myFunction(std::string arg);

main.cpp #

#include "test.hpp"

#include <optional>

int main()
{
    std::optional<int> foobar = myFunction<int>("foobar");
}

复现步骤 #

#!/bin/sh -x

clang++-18 --version
clang++-18 -std=c++20 -c test.cpp -o test-clang.o
clang++-18 -std=c++20 -c main.cpp -o main-clang.o
clang++-18 main-clang.o test-clang.o -o main-clang

编译报错信息 #

/usr/bin/ld: main-clang.o: in function main': main.cpp:(.text+0x2f): undefined reference to std::optional myFunction(std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits, std::allocator >)'
clang++-19: error: linker command failed with exit code 1 (use -v to see invocation)

nm工具对比结果 #

clang++ 17生成的符号 #

$ nm --demangle test-clang-17.o | grep -i myFunc
0000000000000000 W std::optional<int> myFunction<int>(std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >)

clang++ 18生成的符号 #

$ nm --demangle test-clang-18.o | grep -i myFunc
0000000000000000 W std::optional<int> myFunction<int>(std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> >) requires !(std::is_same_v<int, std::__cxx11::basic_string<char, std::char_traits<char>, std::allocator<char> > >)

解答 #

这段代码不符合C++标准。

C++标准要求：模板的所有声明（包括头文件中的声明）必须与定义保持完全一致，包括模板的约束条件（requires子句）。在你的代码中，头文件test.hpp里的myFunction模板声明没有包含requires(!std::is_same_v<T, std::string>)约束，而test.cpp中的模板定义却带有这个约束，这属于声明与定义不匹配的情况。

旧版本的编译器可能没有严格执行这一规则，所以能正常链接；但clang++ 18开始严格遵循C++标准，将requires约束作为符号名称的一部分，导致头文件声明生成的符号（无约束）与cpp定义生成的符号（带约束）不匹配，最终触发链接错误。

修复方法 #

将requires约束添加到头文件的模板声明中，确保声明与定义一致：

修改后的test.hpp：

#pragma once

#include <optional>
#include <string>
#include <type_traits>

template<class T>
    requires(!std::is_same_v<T, std::string>)
std::optional<T> myFunction(std::string arg);

这样修改后，clang++ 18就能生成匹配的符号，链接错误会消失。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Étienne