为什么 C++ 模板类可以访问其基类的私有成员？

Question

使用 Visual Studio 2019 (v 16.7.3)，我发现模板类可以访问它的非模板基类的私有成员。这是预期行为还是编译器错误？

当派生类不是模板类时，基类的私有成员按预期是不可访问的：

class A
{
};

class Base
{
public:
    Base() : m_pA(new A()) {}
private:
    A* m_pA;
};

class Derived :
    public Base
{
public:
    Derived() : Base() {}
    A* get_a() { return m_pA; }  // 'Base::m_pA': cannot access private member declared in class 'Base' 
};

int main()
{
    Derived d;
}

== Build: 0 succeeded, 1 failed, 0 up-to-date, 0 skipped ==

但是，如果我将 Derived 设为模板类，它会毫无怨言地编译：

template<class T>
class Derived :
    public Base
{
public:
    Derived() : Base() {}
    A* get_a() { return m_pA; }
};

int main()
{
    Derived<int> d;
}

== Build: 1 succeeded, 0 failed, 0 up-to-date, 0 skipped ==

Answer 1

发布的代码没有调用Derived<int>::get_a()，因此模板成员函数没有被实例化（并且没有私有父成员的“访问”可言）。

添加以下get_a() 调用会导致与非模板情况相同的错误。

{
    Derived<int> d;
    d.get_a();  // error: 'A* Base::m_pA' is private within this context
}

---

[ EDIT ] 模板成员函数的隐式实例化（仅）当使用时在temp.inst/4 下的 C++ 标准中规定：

除非模板化类的成员是已声明的特化，否则 成员的特化会在引用特化时隐式实例化 在需要成员定义存在的上下文中，或者如果成员定义的存在影响程序的语义；

模板特化的显式定义（尽管不仅仅是声明）将导致所有成员的完全实例化，从而导致相同的错误。

extern template class Derived<int>; // explicit declaration - ok

template class Derived<int>;        // explicit definition - error: 'A* Base::m_pA' is private within this context

---

[ EDIT #2 ] 参数是在 cmets 中提出的（感谢 @Jarod42），即给定代码属于“格式错误，不需要诊断 " 类别，意味着允许编译器（尽管不是必需的）拒绝它，理由是由于 get_a() 中的 private 成员访问，类模板 Derived<T> 不可能（完整）实例化不存在如果成员函数从未使用过。

此解释基于temp.res.general/6.1的以下部分：

程序 格式错误，无需诊断，如果：

• 没有有效的特化 可以生成 模板 或子语句在模板中使用 constexpr if 语句并且模板未实例化，或者 [...]

• 如果“可以生成有效的特化”表示整个模板类的完整显式特化，那么给定的代码sn-p确实是“格式错误的 NDR”。

• 但是，如果“有效特化”被理解为涵盖模板类的隐式特化，其中（仅）具有前面引用的temp.inst/4 中定义的必需成员，那么给定的代码 sn- p 不属于“格式错误的 NDR”，因为 get_a() 从未实例化（根据 temp.inst/11：“一个实现 不应隐含实例化 一个函数模板，一个变量模板，一个成员模板， 一个非虚成员函数，模板类的成员类或静态数据成员，或 constexpr if 语句的子语句， 除非需要这种实例化”）。

链接的demo 表明gcc 采用后一种解释，而clang 采用前者。

在任何一种情况下，答案都是如果模板没有因为 no-valid-specializations-can-exist 子句而被预先拒绝为“ill-formed NDR”，那么它将编译并且工作正常只要 get_a() 没有被实例化，无论是通过直接引用隐式还是通过模板类的显式特化。