头文件中定义函数引发multiple definition
本文引用了博文，感谢原文作者。
问题：某个头文件中声明并定义了一个函数，然后在多个源码文件中调用该函数，编译链接时出现了该函数 multiple definition 问题，在头文件中添加了 #ifndef 头也不行，经过尝试发现如果将该函数的声明和定义分开到. h 和. cpp 文件之后问题消失，为什么不能将函数直接定义在. h 文件中呢？
针对该问题，抽象出如下几个问题：
1. 头文件中只可以放置函数声明，不可以放置函数定义吗？
以下面的程序为例：
#ifndef __a_h__
#define __a_h__
void funcA(void);
void funcA(void)
{}
#endif
#ifndef __b_h__
#define __b_h__
void funcB(void);
#endif
#include "b.h"
#include "a.h"
void funcB(void)
{
funcA();
}
#ifndef __c_h__
#define __c_h__
void funcC(void);
#endif
#include "c.h"
#include "a.h"
void funcC(void)
{
funcA();
}
#include "b.h"
#include "c.h"
int main(int argc, char* argv[])
{
funcB();
funcC();
return 0;
}
上述代码编译链接的时候编译器（g++）会报如下错误：
c.o: In function `funcA()':
c.cpp:(.text+0x0): multiple definition of `funcA()'
b.o:b.cpp:(.text+0x0): first defined here
collect2: ld returned 1 exit status
为什么编译器在链接的时候会抱怨 “funcA() 重复定义”？
其实本质问题就是 funcA 的定义被放在了 a.h 中，如果写在 a.cpp 中，就不会有重复定义的问题。下面分析一下编译过程都发生了什么，这样更容易从编译器的角度理解此问题。
编译器处理 include 指令很简单粗暴，就是直接把头文件中的内容包含进来。所以 b.cpp、c.cpp 和 main.cpp 代码展开后可以简化为：
void funcA(void);
void funcA(void)
{}
void funcB(void);
void funcB(void)
{
funcA();
}
void funcA(void);
void funcA(void)
{}
void funcC(void);
void funcC(void)
{
funcA();
}
void funcB(void);
void funcC(void);
int main(int argc, char* argv[])
{
funcB();
funcC();
return 0;
}
编译的时候，C++ 是采用独立编译，就是每个 cpp 单独编译成对应的. o 文件，最后链接器再将多个. o 文件链接成可执行程序。所以从编译的时候，从各个 cpp 文件看，编译没有任何问题。但是能发现一个问题，b.o 中声明和定义了一次 funcA()，c.o 中也声明和定义 funcA()，这就是编译器报重复定义的原因。有人可能会问，既然是从同一份文件 include 过来的函数 funcA，那么定义都是同一份，为什么编译器不会智能的处理一下，让链接时候不报错呢？
其实编译器链接的时候，并不知道 b.cpp 中定义的 funcA 与 c.cpp 中定义的 funcA 是同一个文件 include 过来的，它只会认为如果有两份定义，而且这两份定义如果实现不同，那么到底以哪个为准呢？既然决定不了，那就干脆报错好了。
2. 为什么有些头文件中直接把函数定义都写进去了？
刚才的分析，可以得出结论：头文件中只做变量和函数的声明，而不要定义，否则就会有重复定义的错误。但是有几种情况是例外的。
- 内联函数的定义
- 类（class）的定义
- const 和 static 变量
以上几种可以在头文件中定义，下面逐个进行解释。
内联的目的就是在编译期让编译器把使用函数的地方直接替换掉，而不是像普通函数一样通过链接器把地址链接上。这种情况，如果定义没有在头文件的话，编译器是无法进行函数替换的。所以 C++ 规定，内联函数可以在程序中定义多次，只要内联函数定义在同一个 cpp 中只出现一次就行。
按照这个理论，上述 a.h 简单修改一下就可以避免重复定义了。
#ifndef __a_h__
#define __a_h__
inline void funcA(void);
void funcA(void)
{}
#endif
此外，类（class）的定义，可以放在头文件中。
用类创建对象的时候，编译器要知道对象如何布局才能分配内存，因此类的定义需要在头文件中。一般情况下，我们把类内成员函数的定义放在 cpp 文件中，但是如果直接在 class 中完成函数声明 + 定义的话，这种函数会被编译器当作 inline 的，因此满足上面 inline 函数可以放在头文件的规则。但是如果声明和定义分开实现，但是都放在头文件中，那就会报重复定义了！！
const 和 static 变量，可以放在头文件中。
const 对象默认是 static 的，而不是 extern 的，所以即使放在头文件中声明和定义。多个 cpp 引用同一个头文件，互相也没有感知，所以不会导致重复定义。
3. 模板函数 / 类中要求头文件中必须包含定义才能进行模板实例化，这种定义放在头文件的情况会不会有问题？
前面分析可知，头文件中要么只有函数声明，要么是含有 inline 函数的定义。但是模板的定义 (包括非 inline 函数 / 成员函数) 要求声明和实现都必须放在头文件中，难道没有 “重复定义” 的问题？？？
答案当然是不会有问题（要不 template 早就被抱怨死了）。其实编译器也考虑到会遇到类似的问题，在编译器或连接器的某处已经有防止重定义的处理了。这里参考 stackflow 中的答案：http://stackoverflow.com/questions/235616/multiple-definitions-of-a-function-template
