在 C++ 中从世界调用私有方法

Question

我真的不明白它为什么会起作用，但下面的代码显示了一个在没有任何朋友类的情况下从世界调用私有方法的示例：

class A
{
public:
    virtual void someMethod(){
        std::cout << "A::someMethod";
    }
};
class B : public A
{
private:
    virtual void someMethod(){
        std::cout << "B::someMethod";
    }
};
int main(){
    A* a = new B;
    a->someMethod();
}

输出：

B::someMethod

这不违反C++中的封装规则吗？对我来说，这太疯狂了。继承是公有的，但派生类中的访问修饰符改为私有，因此B类中的someMethod()是私有的。所以其实在做a->someMethod()，我们就是直接从世界上调用了一个私有方法。

Answer 1

考虑以下代码，对原问题中代码的修改：

class A
{
public:
    virtual void X(){
        std::cout << "A::someMethod";
    }
};
class B : public A
{
private:
    virtual void Y(){
        std::cout << "B::someMethod";
    }
};
int main(){
    A* a = new B;
    a->X();
}

很容易理解，调用 X() 是合法的。 B 作为公共成员从 A 继承它。从理论上讲，如果 X() 会调用 Y()，这当然也是合法的，尽管这是不可能的，因为 X() 是在不知道 Y() 的 A 中声明的。但实际上如果 X = Y 就是这种情况，即如果两个方法具有相同的名称。

您可能会将其视为“B 从 A 继承了一个公共方法，该方法调用了（B）同名的私有方法”。

Answer 2

a 是一个指向A 对象的指针，其中该方法是公共的，因此这不是违规。由于您使用了virtual，因此考虑了 VTABLE，您得到的输出为 B::someMethod。

Answer 3

对我来说，这很简单。 由于您可以将类的任何动态类型继承分配给父类的对象，反之亦然。但是当您将 Child 分配给其父对象指针时，这可能会很糟糕，就好像 B 的类在哪里比 A 大。

如果程序尝试通过以下类型之一以外的左值访问对象的存储值，则行为未定义：

• 对象的动态类型，
• 对象动态类型的 cv 限定版本，
• 对应于对象动态类型的有符号或无符号类型，
• 一种有符号或无符号类型，对应于对象动态类型的 cv 限定版本，
• 在其成员中包含上述类型之一的聚合或联合类型（递归地包括子聚合或包含联合的成员），
• 一种类型，它是对象动态类型的（可能是 cv 限定的）基类类型，
• char 或 unsigned char 类型。

因此，在您的代码中，您不符合此条件，但由于 B 的大小与 A 相同，因此可以运行它。但这是未定义的行为。 当您创建 new B 时，a 指向的内存块具有打印 B 而不是 A 的方法。

Answer 4

访问控制说明符（public、protected 和 private）不适用于成员函数或数据成员。它们适用于成员函数和数据成员 names。 这很有效。如果您可以引用不带名称的成员，则可以访问它。

这正是这里发生的事情。您正在调用B::someMethod，但您使用的是公共名称A::someMethod 来调用它。没问题。

您建议不应从类外部调用私有成员函数（暂时不考虑朋友）。在以下情况下，您想要的语义将如何工作？

共享库hider:

hider.h:

typedef void (*FuncType)();

class Hider {
private:
  static void privFunc();

public:
  static void pubFunc();

  FuncType getFunction() const;
};

hider.cpp

#include <cstdlib>
#include <iostream>

#include "hider.h"

void Hider::privFunc() {
  std::cout << "Private\n";
}

void Hider::pubFunc() {
  std::cout << "Public\n";
}

FuncType Hider::getFunction() const {
  if (std::rand() % 2) {
    return &pubFunc;
  } else {
    return &privFunc;
  }
}

应用程序使用库hider

#include "hider.hpp"

int main()
{
  Hider h;
  FuncType f = h.getFunc();
  f();
}

打电话给f()怎么样？它是否应该在 50% 的时间以某种形式的 access control violation 在运行时失败？

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正如 DyP 在 cmets 中所建议的，更现实的场景是众所周知的“模板方法”设计模式：

class Container
{
public:
  void insert(const Item &item) {
    preInsert();
    data.insert(item);
    postInsert();
  }

private:
  std::vector<Item> data;

  virtual void preInsert() = 0;
  virtual void postInsert() = 0;
};


class ThreadSafeContainer : public Container
{
private:
  std::mutex m;

  virtual void preInsert() {
    m.lock();
  }

  virtual void postInsert() {
    m.unlock();
  }
};

您的语义意味着这段代码无法编译。