最近在看标准库里的type_traits的时候发现了个有趣的地方，几乎所有在标准库里的变量模板都是inline的！
不仅常见的实现上（libstdc++、libc++、ms stl）都是inline的，标准里给的形式定义也是inline的。
比如微软开源的stl实现：https://github.com/microsoft/STL/blob/main/stl/inc/type_traits#L73
_EXPORT_STD template <class _Trait>
_INLINE_VAR constexpr bool negation_v = negation<_Trait>::value;
_EXPORT_STD template <class _Ty>
_INLINE_VAR constexpr bool is_void_v = is_same_v<remove_cv_t<_Ty>, void>;
其中_INLINE_VAR这个宏的实现在这里:
// P0607R0 Inline Variables For The STL
#if _HAS_CXX17
#define _INLINE_VAR inline
#else // _HAS_CXX17
#define _INLINE_VAR
#endif // _HAS_CXX17
可以看到如果编译器支持c++17的话这些模板变量就是inline的。
为什么要这样做呢？如果不使用inline又会要什么后果呢？带着这些疑问我们接着往下看。
c++的linkage
首先复习下c++的linkage，国内一般会翻译成“链接性”。因为篇幅有限，所以我们不关注“无链接”、“语言链接”和“模块链接”，只关注内部链接和外部链接这两个。
内部链接（internal linkage）：符号（粗暴得理解成变量，函数，类等等有名字的东西）仅仅在当前编译单元内部可见，不同编译单元之间可以存在同名的符号，他们是不同实体。
看个例子：
// value.h
static std::size_t a = 1;
// a.cpp
#include "value.h"
void f() {
std::cout << "f() address of a: " << &a << "\n";
}
// b.cpp
#include "value.h"
void g() {
std::cout << "g() address of a: " << &a << "\n";
}
// main.cpp
void f();
void g();
int main() {
f();
g();
}
注意，不要像上面那样写代码，尤其是把具有内部链接的非常量变量写在头文件里。编译并运行：
$ g++ -Wall -Wextra a.cpp b.cpp main.cpp
$ ./a.out
f() address of a: 0x564b7892e004
g() address of a: 0x564b7892e01c
可以看到确实有两个不同的实体存在。内部链接最大的好处在于可以实现一定程度上的隔离，但缺点是要付出生成文件体积和运行时内存上的代价，且不如命名空间和模块好使。
这个例子可能看不出，因为只有两个编译单元用了这个模板变量，所以只浪费了一个size_t的内存，在我的机器上是8字节。但项目里往往有成百上千甚至上万个编译单元，而且使用的变量不止一个，那么浪费的资源就很可观了。
外部链接（external linkage）：符号可以被所以编译单元看见，且只能被定义一次。
例子：
// value.h
// extern std::size_t a = 1; 这么写是声明的同时定义了a，在头文件里这么干会导致a重复定义
extern int a;
// a.cpp
#include "value.h"
std::size_t a = 1; // 随便在哪定义都行，但只能定义一次
void f() {
std::cout << "f() address of a: " << &a << "\n";
}
// b.cpp
#include "value.h"
void g() {
std::cout << "g() address of a: " << &a << "\n";
}
// main.cpp
void f();
void g();
int main() {
f();
g();
}
编译并运行：
$ g++ -Wall -Wextra a.cpp b.cpp main.cpp
$ ./a.out
f() address of a: 0x55f5825f8040
g() address of a: 0x55f5825f8040
可以看到这时候就只有一个实体了。
那么什么样的东西会有内部链接，什么又有外部链接呢？
内部链接：所有匿名命名空间里的东西（哪怕声明成extern） + 标记成static的变量、变量模板、函数、函数模板 + 不是模板不是inline没有volatile或extern修饰的常量（const和constexpr）。
外部链接：非static函数、枚举和类天生有外部链接，除非在匿名命名空间里 + 排除内部链接规定的之后剩下的所有模板
说了半天，这和标准库用inline变量有什么关系吗？
还真有，因为内部链接最后一条规则那里的“非模板和非内联”是c++17才加入的，而模板变量c++14就有了，所以一个很麻烦的问题出现了：
template <typename T>
constexpr bool is_void_t = is_void<T>::value;
在这里is_void_t按照c++14的规则，可以是内部链接的。这样有什么问题？一般来说问题不大，编译器会尽可能把常量全部优化掉，但在这个常量被ODR-used（比如取地址或者绑定给函数的引用参数），这个常量就没法直接优化掉了，编译器只能乖乖地生产两个is_void_t的实例。而且这个is_void_t必须是常量，否则可以任意修改它的值，以及不是编译期常量的话没法在其他的模板里使用。
另一个问题在于，c++14忘记更新ODR原则的定义，漏了变量模板，虽然g++上变量模板和其他模板一样可以存在多次定义，但因为标准里没给出具体说法所以存在很大的风险。
c++社区最喜欢的一句格言是：“Don't pay for what you don't use.”
所以c++17的一个提案在增加了inline变量之后建议标准库里把模板变量和static constexpr都改为inline constexpr：https://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2017/p0607r0.html。
inline变量
为什么提案里加上inline就能解决问题了呢？这就要了解下inline