C++前向声明代码GCC可编译MSVC报未定义类错误问题咨询

问题根本原因 #

你当前代码属于C++标准规定的未定义行为，GCC编译通过属于编译器的兼容表现，MSVC报错是严格执行模板实例化规则的结果：

• 你在foo.h中只对b::foo做了前向声明，没有完整定义，此时some_wrapper<b::foo>实例化时，会触发第二个默认模板参数std::is_copy_constructible<foo>::value的求值
• C++标准明确要求std::is_copy_constructible的模板参数必须是完整类型，否则行为未定义。MSVC的类型特性是基于内置编译器函数__is_constructible实现，对不完整类型直接做硬检查抛出C2139错误，而GCC的实现刚好兼容了不完整类型的场景，所以不会报错。
• C2976是C2139的连锁错误：因为第二个默认模板参数求值失败，编译器认为你没有提供足够的模板参数。

可行解决方案 #

方案1：使用PIMPL惯用法修改a::foo的实现（最推荐） #

头文件中不直接持有some_wrapper<b::foo>实例，改为持有指针，将完整实现放到foo.cpp中：

// foo.h 修改后
#ifndef FOO_H
#define FOO_H
#include <memory>

namespace b
{
  class foo;
} // b

namespace a
{
  class foo
  {
  public:
    foo();
    ~foo();
  private:
    // 改为指针，不需要在头文件实例化some_wrapper
    struct impl;
    std::unique_ptr<impl> m_impl;
  };
}
#endif

// foo.cpp 补充实现
#include <impl_foo.h>    
#include <foo.h>
#include <some_wrapper.h>

struct a::foo::impl {
    some_wrapper<b::foo> m_foo;
};

a::foo::foo() : m_impl(std::make_unique<impl>()) {}
a::foo::~foo() = default;

此时some_wrapper<b::foo>的实例化在cpp中进行，b::foo已经是完整类型，不会触发类型检查错误。

方案2：修改some_wrapper的模板参数设计 #

将std::is_copy_constructible的求值从类模板参数列表移到需要用到拷贝构造函数的位置，延迟求值时机：

// some_wrapper.h 修改后
template<class foo> // 移除默认模板参数
class some_wrapper
{
public:
  template<class... Args>
  some_wrapper(Args&&... args)
    :
      m_foo(new foo(std::forward<Args>(args)...))
  {
    static_assert(!std::is_array<foo>::value,
        "some_wrapper does not do arrays.");
  }
  // 仅在拷贝构造函数里做类型检查
  some_wrapper(const some_wrapper& other) 
    : m_foo(new foo(*other.m_foo))
  {
      static_assert(std::is_copy_constructible<foo>::value, "type not copy constructible");
  }
private:
  std::unique_ptr<foo, void(*)(foo*)> m_foo;
};

只要你不在b::foo不完整的场景下调用some_wrapper的拷贝构造，就不会触发类型检查。

方案3：调整头文件依赖顺序（不推荐） #

保证所有引用foo.h的编译单元，都先引用impl_foo.h让b::foo变成完整类型，这种方案依赖开发者手动维护头文件顺序，后期维护成本极高，容易反复出现编译问题。

另外注意你当前foo.cpp的头文件引用顺序是先impl_foo.h后foo.h，这也是GCC能编译通过的重要原因，如果调换顺序，GCC也会抛出类似的不完整类型错误。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者NeosIII