良构C++翻译单元的语义是否依赖未使用的函数/模板声明？

问题核心 #

良构C++翻译单元的语义是否会依赖于从未被使用的函数或函数模板声明？此处的“使用”定义为：该函数被重载决议选中、被隐式或显式特化（若为模板），或是具有外部链接的定义。

示例场景 #

例如以下代码：

static int f(int)   { return 1; }
static int f(float) { return 2; }
static int f(char)  { return 3; }
int main()
{
  return f(9);     // 返回1
}

删除未被重载决议选中的重载函数后，得到：

static int f(int)   { return 1; }
int main()
{
  return f(9);     // 返回1
}

此时新翻译单元的语义是否会与原单元不同？这里的“语义不同”指：翻译单元变为非法（无论是否要求诊断），或是合法但运行时行为集合改变。

初步分析 #

从直觉判断答案应为“否”，查阅C++17标准相关段落也能佐证这一点：

• C++17 16.3第2-3段明确了重载决议的流程
• C++17 16.3.3第2段定义了最佳可行函数的选择规则

这些规则似乎意味着，删除未被重载决议选中的声明不会改变翻译单元的语义。

待验证的疑问 #

但仍存在以下疑问需要确认：

• 未被选中的声明是否会通过实参依赖查找（ADL）影响候选函数集合？
• 未使用的声明的默认实参表达式是否会触发模板实例化，进而在无未定义行为的情况下改变语义？

这类证否问题本身难以直接回答，理想的答案形式包括：

• 能明确证明语义受影响的合法反例
• C++标准或委员会rationale中明确说明“删除未使用声明不会改变语义”的依据
• 通过分析候选函数抑制、默认实参等机制得出否定结论的推导过程

注：本文聚焦的是经语法与语义分析后，AST中无明显使用痕迹的函数。除上述“使用”定义外，类似GCC的constructor属性这类实现定义的调用机制也视为“使用”。本文寻求的是无明显使用痕迹，但存在的声明仍会影响语义的案例。

问题动机 #

该问题来自一个依赖分析项目，目标是实现自动删除未使用声明的功能，需要确保此操作不会改变程序的语义。

尝试的反例及编译器分歧 #

基于相关思路，构造了以下示例（重点关注未使用的函数声明而非定义）：

// unused.cc
// 未被使用的函数引发副作用

int globalVar = 0;

// 构造函数带有副作用的类
struct Ctor {
  Ctor() {
    ++globalVar;
  }
  static int f() { return 1; }
};

// 包含带副作用静态成员的模板类
template <class T>
struct S {
  static Ctor ctor;
};

template <class T>
Ctor S<T>::ctor;

// 默认实参表达式会实例化S并确保其ctor成员被实例化，但该函数从未被使用
static void unused(int x = S<int>::ctor.f());

int main()
{
  // 若副作用发生则返回1
  return globalVar;
}

但该示例在clang与gcc中的输出存在分歧：clang返回0，gcc返回1。理想的反例应是明确符合C++标准，且在主流编译器中语义一致的代码。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Scott McPeak