Сущности локальные для трансляционной единицы (с C++20)

Сущности локальные для трансляционной единицы (ТУ-локальные) введены, чтобы предотвратить случай, когда сущности, которые должны быть локальными (не используются ни в какой другой трансляционной единице), могут быть экспонированы и использованы в других трансляционных единицах.

Пример из Понимание модулей C++: Часть 2 иллюстрирует проблему не ограниченного экспонирования:

// Module unit without TU-local constraints
export module Foo;
 
import <iostream>;
 
namespace
{
   class LolWatchThis {        // internal linkage, cannot be exported
       static void say_hello()
       {
           std::cout << "Hello, everyone!\n";
       }
   };
}
 
export LolWatchThis lolwut() { // LolWatchThis is exposed as return type
    return LolWatchThis();
}

// main.cpp
import Foo;
 
int main()
{
    auto evil = lolwut();        // 'evil' has type of 'LolWatchThis'
    decltype(evil)::say_hello(); // definition of 'LolWatchThis' is not internal anymore
}

ТУ-локальные сущности

Сущность является ТУ-локальной, если она

тип, функция, переменная или шаблон,
1. имеющие имя с внутренней связью, или
2. не имеющие имени с связью и объявленные, или введенные выражением лямбда-выражением, внутри определения ТУ-локальной сущности,
тип без имени, определённый вне спецификатора класса, тела функции или инициализатора, или введённый спецификатором типа (спецификатор типа, спецификатор класса или спецификатор перечисления), который используется для объявления только ТУ-локальных сущностей,
специализация ТУ-локального шаблона,
специализация шаблона с любым ТУ-локальным аргументом шаблона, или
специализация шаблона, чьё (возможно, инстанцированное) объявление является экспозицией (определено ниже).

// TU-local entities with internal linkage
namespace { // all names declared in unnamed namespace have internal linkage
    int tul_var = 1;                          // TU-local variable
    int tul_func() { return 1; }              // TU-local function
    struct tul_type { int mem; };             // TU-local (class) type
}
template<typename T>
static int tul_func_temp() { return 1; }      // TU-local template
 
// TU-local template specialization
template<>
static int tul_func_temp<int>() { return 3; } // TU-local specialization
 
// template specialization with TU-local template argument
template <> struct std::hash<tul_type> {      // TU-local specialization
    std::size_t operator()(const tul_type& t) const { return 4u; }
};

Значение или объект является ТУ-локальным, если либо

это, или указатель на, ТУ-локальную функцию или объект, связанный с ТУ-локальной переменной, или
это объект типа класса или массива, и любой из его подобъектов или любой из объектов или функций, которым ссылаются его нестатические данные-члены ссылочного типа, являются ТУ-локальными и используемы в константных выражениях.

static int tul_var = 1;             // TU-local variable
static int tul_func() { return 1; } // TU-local function
 
int* tul_var_ptr = &tul_var;        // TU-local: pointer to TU-local variable
int (* tul_func_ptr)() = &tul_func; // TU-local: pointer to TU-local function
 
constexpr static int tul_const = 1; // TU-local variable usable in constant expressions
int tul_arr[] = { tul_const };      // TU-local: array of constexpr TU-local object 
struct tul_class { int mem; };
tul_class tul_obj{tul_const};       // TU-local: has member constexpr TU-local object

Экспозиции

Объявление D называет сущность E, если

D содержит лямбда-выражение, тип замыкания которого является E,
E не является функцией или шаблоном функции и D содержит id-выражение, спецификатор типа, квалификатор имени, имя шаблона или имя концепта, обозначающее E, или
E является функцией или шаблоном функции и D содержит выражение, называющее E, или id-выражение, которое ссылается на набор перегрузок, содержащий E.

// lambda naming
auto x = [] {}; // names decltype(x)
 
// non-function (template) naming
int y1 = 1;                      // names y1 (id-expression)
struct y2 { int mem; };
y2 y2_obj{1};                    // names y2 (type-specifier)
struct y3 { int mem_func(); };
int y3::mem_func() { return 0; } // names y3 (nested-name-specifier)
template<typename T> int y4 = 1;
int var = y4<y2>;                // names y4 (template-name)
template<typename T> concept y5 = true;
template<typename T> void func(T&&) requires y5<T>; // names y5 (concept-name)
 
// function (template) naming
int z1(int arg)    { std::cout << "no overload"; return 0; }
int z2(int arg)    { std::cout << "overload 1";  return 1; }
int z2(double arg) { std::cout << "overload 2";  return 2; }
 
int val1 = z1(0); // names z1
int val2 = z2(0); // names z2 ( int z2(int) )

Объявление является экспозицией, если оно либо называет ТУ-локальную сущность, игнорируя

тело функции для нелинейной функции или шаблона функции (но не выведенный тип возврата для (возможно, инстанцированного) определения функции с объявленным типом возврата, использующего тип-заполнитель),
инициализатор для переменной или шаблона переменной (но не тип переменной),
объявления друзей в определении класса, и
любую ссылку на непеременную константу-объект или ссылку с внутренней или без связи, инициализированную константным выражением, которое не является odr-использованием,

или определяет константную переменную, инициализированную ТУ-локальным значением.

Ограничения ТУ-локальных сущностей

Если (возможно, инстанцированное) объявление или руководство по выводу для не-ТУ-локальной сущности в модуле интерфейсной единице (вне фрагмента модуля private, если таковой имеется) или модульном разделе является экспозицией, программа неверна. Такое объявление в любом другом контексте устарело.

Если объявление, которое появляется в одной трансляционной единице, называет ТУ-локальную сущность, объявленную в другой трансляционной единице, которая не является единицей заголовка, программа неверна. Объявление, инстанцированное для специализации шаблона, появляется в момент инстанциации специализации.

Пример

Трансляционная единица #1:

export module A;
static void f() {}
inline void it() { f(); }         // error: is an exposure of f
static inline void its() { f(); } // OK
template<int> void g() { its(); } // OK
template void g<0>();
 
decltype(f) *fp;                             // error: f (though not its type) is TU-local
auto &fr = f;                                // OK
constexpr auto &fr2 = fr;                    // error: is an exposure of f
constexpr static auto fp2 = fr;              // OK
struct S { void (&ref)(); } s{f};            // OK: value is TU-local
constexpr extern struct W { S &s; } wrap{s}; // OK: value is not TU-local
 
static auto x = []{ f(); }; // OK
auto x2 = x;                // error: the closure type is TU-local
int y = ([]{ f(); }(), 0);  // error: the closure type is not TU-local
int y2 = (x, 0);            // OK
 
namespace N
{
    struct A {};
    void adl(A);
    static void adl(int);
}
void adl(double);
 
inline void h(auto x) { adl(x); } // OK, but a specialization might be an exposure

Трансляционная единица #2:

module A;
void other()
{
    g<0>();                  // OK: specialization is explicitly instantiated
    g<1>();                  // error: instantiation uses TU-local its
    h(N::A{});               // error: overload set contains TU-local N::adl(int)
    h(0);                    // OK: calls adl(double)
    adl(N::A{});             // OK; N::adl(int) not found, calls N::adl(N::A)
    fr();                    // OK: calls f
    constexpr auto ptr = fr; // error: fr is not usable in constant expressions here
}

© cppreference.com
Licensed under the Creative Commons Attribution-ShareAlike Unported License v3.0.
https://en.cppreference.com/w/cpp/language/tu_local