使用clang++编译器，报错“Undefined Symbols”，如何解决？

Question

编译一个代码后得到这样一个错误。

 

Undefined symbols for architecture x86_64:
  "A& A::operator<<=<int>(int)", referenced from:
      _main in main-fa1586.o
ld: symbol(s) not found for architecture x86_64
clang: error: linker command failed with exit code 1 (use -v to see invocation)

这个代码包括main.cpp，file.cpp，file.hpp这3个文件，其中main.cpp和file.cpp均有“#include "file.hpp"”。编译指令如下：

 

clang++ -o main main.cpp file.cpp

 

我使用的是mac版vscode环境，clang++编译器。发生这个错误后，我仔细检查，发现file.cpp中是包含这个函数的。于是觉得很奇怪，把这个函数的内容拷贝到了main.cpp，重新执行以上编译指令，居然发现编译通过了！我以为会报错，说函数重复定义。然后我把编译指令中的两个文件交换位置，结果仍然如此。我不知道为什么会这样，难道file.cpp中的函数定义编译器看不见吗？网上好像也没有解决问题的其他信息，希望了解的大佬尽快帮帮忙。

Answer 1

看起来你把模板函数声明和定义分开了，这是一个新手常犯的错误。**模板函数不是真正的函数，没有对应的汇编码，不会被真正编译**（类似地，模板类也不是真正的类），不能像普通函数那样分开声明和定义；完全特化后（简单说就是全部参数都被指定）的模板函数才是函数，具有对应的汇编码，能够被编译。

这是模板函数的定义，**不是可编译的函数，只是提示编译器做基础的语法检查，不具有实际上的定义效力**：

template <typename T>

T foo(T x) { return x + 1; } // 由于T的类型不确定，这段代码不会在最终实际编译中体现出来，没有对应的可链接的符号

这是模板函数的声明，**只能提示对应模板的存在，唯一的作用是让编译器能进行基本的语法检查**：

template <typename T>

T foo(T x);

这是模板函数特化产生实例的调用，**可以提示编译器产生唯一确定的符号**：

int a;

a = foo(a);

模板函数不能显式定义实例，而是要通过模板函数实例的调用提示编译符号后，编译器去找模板函数定义（请记住，模板函数定义只是对实际函数实例编译的提示，**并不具有实际上的定义效力**），去套这个模板产生函数实例，这个函数才真正产生了定义。如果模板函数定义在当前编译单元是不可见的（可以简单粗暴地认为，一个cpp文件就是一个编译单元。cpp文件所引用的头文件对这个编译单元当然也是可见的），模板函数就不能真正产生函数实例，对应的符号就会无法正确链接。一言以蔽之：未特化的模板是没有符号的，完全特化出来的函数实例才有符号。

模板类的情况与此类似。

=======================================

说完了原因，我们来谈解决方案。

现代编译器一般有全局优化功能（也有的称为链接时优化），可能能够解决问题。不过还有更稳妥的方案。

方案一：老老实实把模板函数定义放进头文件里（因为模板函数定义不具有实际上的定义效力，这样做并不会产生符号重定义）。

方案二：在file.cpp里，通过特化的模板函数声明（也即对函数实例进行声明）令编译器知道要产生一个int类型作为模板参数的函数实例，正确产生实例后就不应该再有链接问题。不过这样做的话，你就得对所有可能用得上的模板参数都进行类似的声明，其他类型就都不能套用这个模板了。

我个人推荐方案一。

如果还有问题或者我对问题理解有误的话，欢迎随时联系。