共享库包装器的ODR与C++版本兼容性问题问询

为简化说明，本文省略了诸如将void*替换为不透明struct的typedef、Windows调用约定、固定整数类型等细节。

假设存在以下文件：

CApi.h——具备C链接的共享库头文件 #

用于提升可移植性并隐藏专有代码：

#define LIB_API  // library import/export details
extern "C" {
typedef int error;
error LIB_API lib_foo_create(void ** foo);
error LIB_API lib_foo_destroy(void * foo);
error LIB_API lib_foo_func(void * foo, int * out);
error LIB_API lib_bar_create(void ** bar);
error LIB_API lib_bar_destroy(void * bar);
error LIB_API lib_bar_func(void * bar, int * out); // 内部使用CxxApi.hpp中的Foo::func，基于C++17实现
} // extern C

CxxApi.hpp——仅头文件的包装器 #

用于简化API使用：

#include "CApi.h"
namespace lib {
namespace detail {
template < typename Return = void, typename Func, typename... Args >
Return c_api(Func func)
{
    // 不确定客户端与提供者用不同版本编译时对ODR的影响，但双方看不到彼此的代码使用情况
    #if __cplusplus >= 201703L // C++17
    // 更高效的实现（比如折叠表达式）
    #else
    // 回退实现（比如递归）
    #endif
}
} // namespace lib::detail
class Foo
{
public:
    Foo() { detail::c_api(lib_foo_create, &handle_); }
    ~Foo() { detail::c_api(lib_foo_destroy, handle_); }
    int func() { return detail::c_api<int>(lib_foo_func, handle_); }
private:
    void * handle_;
};
struct Bar
{
public:
    Bar() { detail::c_api(lib_bar_create, &handle_); }
    ~Bar() { detail::c_api(lib_bar_destroy, handle_); }
    int func() { return detail::c_api<int>(lib_bar_func, handle_); }
private:
    void * handle_;
};
} // namespace lib

问题描述 #

作为API提供者，我们用C17编译上述代码，但客户端使用C11调用该API，请问是否会违反lib::detail::c_api的ODR（单一定义规则）？个人认为不会，因为lib_bar_func定义在客户端代码外的翻译单元，但对此不确定，特寻求解答。

解答：不会违反ODR #

原因如下：

• 模板实例化的隔离性：lib::detail::c_api是模板函数，它的实例化在每个翻译单元中独立进行。提供者的C17编译只会实例化自身代码中用到的c_api版本（比如lib_bar_func调用对应的实例），客户端的C11编译则会实例化自己代码中用到的c_api版本（比如Foo、Bar成员函数调用对应的实例）。这两组实例分属不同的翻译单元集合，彼此没有链接层面的交互。
• C API的边界隔离：共享库对外暴露的是C链接的函数，这些函数的实现完全在提供者的翻译单元中完成。客户端仅调用这些C接口，不会直接链接到提供者编译的c_api实例；客户端自行编译的c_api实例仅用于调用C接口，和提供者内部的c_api实例完全独立。
• ODR的适用范围：ODR要求同一实体在所有使用它的翻译单元中定义一致，但这里提供者内部的c_api实例和客户端的c_api实例是不同实体——它们是模板针对不同调用场景的实例化，分别存在于提供者的共享库和客户端的可执行文件/库中，互不干扰。

简言之，提供者的c_api实例仅在共享库内部生效，客户端的c_api实例仅在客户端代码中生效，两者通过C接口交互，不存在同一实体在不同翻译单元定义不一致的情况，因此不会违反ODR。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Matt Eding