【C++】複数の cpp ファイルで同名の構造体を定義すると、初期値がおかしくなる

どうもです、タドスケです。

先日、仕事で C++ のコードを書いていてハマったポイントがあったので共有します。

起きた問題

現在僕がいるプロジェクトでは、C++ のプロジェクトをビルドする際にデフォルトで最適化を有効にしています。
（仮にこれを「Release」ビルドと呼ぶことにします）

その環境で実装し、動作確認も行ったコードである日、

最適化を無効にしているビルド（Debug ビルドと呼ぶことにします）で、動作がおかしくなります。

という報告がありました。

原因を順にたどっていったところ、あるクラスが持っている構造体メンバーの初期値が、想定と違ったものになっていることがわかりました。

Release ビルド時と Debug ビルド時でコードに違いは一切ありません。
（Debug 限定の #define で囲んでいたりはしない）

散々調べた結果、不具合が起きている cpp とは別の cpp ファイル内で、同じ名前の構造体を定義しているのが原因でした。

再現サンプル

この問題を再現できる（かもしれない）サンプルは以下です。

#include "ClassA.h"
#include "ClassB.h"


int main()
{
    ns::A a;
    ns::B b;
    /* 
    実行すると、
        A = A
        B = A
    と表示されることがある。
    */
}

#include <iostream>

#include "ClassA.h"

namespace ns {

struct S {
	char name = 'A';
};

A::A() {
	S s;
	std::cout << "A = " << s.name << "\n";
}

} // namespace ns

#include <iostream>

#include "ClassB.h"

namespace ns {

struct S {
	char name = 'B';
};

B::B() {
	S s;
	std::cout << "B = " << s.name << "\n";
}

} // namespace ns

.h ファイルはただのクラス宣言なので省略します。
全コードは GitHub で公開しています。
https://github.com/tadosuke/cpp_mistakes/tree/master/same_name_struct

ClassA と ClassB 内で、同じ名前の構造体 S を定義しています。

.h ファイルではなく .cpp ファイル内で定義しているので、コンパイルエラー・リンクエラーは出ません。

しかし実行してみると、

A = A
B = B

と表示されてほしいところが

A = A
B = A

と表示されることがあります。

この「ことがある」というのが厄介で、最適化などのビルド・リンク設定によって、起きたり起きなかったりするのです。

.cpp 内での定義なので、僕としては「他の .cpp は影響しない」という思い込みがあり、チームメンバーから指摘いただくまで気付きませんでした…

原因は？

コンパイラの問題に思えますが、その辺りは詳しくないので、ChatGPT に聞いてみたところ、以下の回答をもらいました。

ChatGPT の言うことなので鵜呑みにはできませんが、筋は通っていそうです。

対策は？

二つの構造体が同じ namespace（名前空間） 以下にあることが問題なのですが、むやみに名前空間を増やすのは良くないと思ったので、それぞれの構造体を無名名前空間に入れることで解消しました。

namespace ns {
namespace {

struct S {
	char name = 'B';
};

} // namespace

教訓

.cpp 内でしか使わない定義は無名名前空間に入れる。