iostreamのコードが理解できない

Question

現在libcxxのリーディングにチャレンジしているのですが
iostreamのcinの定義部分はどこにあるのでしょうか？

/* iostream */
extern __attribute__ ((__visibility__("default"))) istream cin

iostream.cppにはcinがあるのですが型がcharなので違うような気がします。
実際に似たようなコードを作成してみましたがコンパイルできなかったです。
そもそも型が違う同名の変数がある時点でコンパイルエラーになるはずなのになぜならないのでしょうか？

/* iostream.cpp */
alignas(istream) __attribute__ ((__visibility__("default"))) char cin[sizeof(istream)]

あと少し内容からはずれてしまうのですがなぜiostreamは.h.hpp.cpp.ccのような拡張子がないのにコンパイルできるのでしょうか？

たくさん質問してしまいましたがよろしくお願いたします。

Comments

[asm]

やってる事は配置newによる初期化タイミングの制御?だってのは分かるんだが
externによるchar→std::istreamの読み替えが合法なのかが判断つかない・・・

Answer 1

iostreamのcinの定義部分はどこにあるのでしょうか？
iostream.cppにはcinがあるのですが型がcharなので違うような気がします。

質問本文にて言及されている通り、iostream.cppにて実体が定義されます。

_ALIGNAS_TYPE(istream) _LIBCPP_FUNC_VIS char cin[sizeof(istream)]

宣言時std::istreamと定義時char[]のように型が異なってますが、これはC++標準ライブラリが要求する動作（C++17 [iostream.objects.overview]/3）を実現するためのHACKの一種と思います。

実際に似たようなコードを作成してみましたがコンパイルできなかったです。
そもそも型が違う同名の変数がある時点でコンパイルエラーになるはずなのになぜならないのでしょうか？

C++言語仕様（C++17 [basic.link]/10）を解釈する限り、コンパイル単位をまたぐ宣言／定義の型は一致させる必要があります。厳格にはlibcxx実装はC++仕様違反となりますが、libcxx自身は「C++標準ライブラリ」つまりコンパイラやリンカとともにC++言語処理系の一部ですから、たとえ言語仕様に反していてもこの組み合わせで動作するという保証の仕方だと思います。

同様のHACKは libstdc++-v3 標準ライブラリでも同じように行われています。

• 宣言時はstd::istream型（iostreamヘッダ）
• 定義時はchar[]型（globals_io.cc）

なおC++仕様上は "A violation of this rule on type identity does not require a diagnostic." とあるため、本件に違反しても診断メッセージ(diagnostic)≒コンパイルエラーやリンク時エラーの報告義務はありません。

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なぜiostreamは.h.hpp.cpp.ccのような拡張子がないのにコンパイルできるのでしょうか？

iostreamファイルそれ単体では "コンパイル" されません。宣言のみを含むヘッダファイルとして、他のコンパイル対象ファイルから#incldueされるだけです。

Comments

[mmmisaki]

勉強になりました！

Answer 2

次の 2つのファイルを g++ a.cpp b.cpp でコンパイルしてみてください。

a.cpp

#include <iostream>

struct IO { int x, y; };
extern IO io;

int main()
{
	std::cout << io.x << ", " << io.y << std::endl;
}

b.cpp

struct IO { int x, y; };
char io[sizeof(IO)] = { 3, 0, 0, 0, 5, 0, 0, 0 };

リンク出来て実行できますよね。
リンクは名前だけで行われ、名前には型情報はないということでしょう。

Comments

[mmmisaki]

ご回答ありがとうございます。
なるほど。自分が作成したコードはインクルードしていたためエラーとなっておりました。

cinの初期化をistream cin;とせずplacement newを使用するのはistreamコンストラクタの呼び出しを必要になったタイミングで行うためなのでしょうか？