访问同一类中的私有虚函数

Question

有人问我，使用此代码并且仅在 extractMultAdd() 函数中编写，返回 variable.x variable.y variable.add() 和 variable.multiply。我了解虚拟表的基本概念以及创建它们的时间，但尽管我尽了最大努力，但我不太确定如何利用它们来访问私有虚拟功能。任何帮助，将不胜感激。

#include <cstdio>
#include <iostream>
class MultAdd
{

private:
    int x;
    int y;
    virtual int add()   //virtual fuction so vtable created for Thing class
    {
            return x+y;
    }
    virtual int multiply()
    {
            return x*y;
    }
public:
    MultAdd(){
            x = 2;
            y = 10;
    }
};

int extractMultAdd(void* math)
{
    return 0;
}

int main()
{
    MultAdd variable;
    printf("%d\n", extractMultAdd(&variable));
    return 0;
}

Answer 1

我给你两个版本供你选择。它们不遵循标准，也绝不是可移植的，但在我测试时它们都可以在 MSVC 2013、GCC 4.9 和 clang 3.5 上运行。第二个版本比第一个版本相对更安全、更便携。事实上，我希望它相当健壮。

版本 1：

#include <iostream>

class MultAdd {
private:
  int x;
  int y;
  virtual int add() { return x + y; }
  virtual int multiply() { return x * y; }
public:
  MultAdd() {
    x = 2;
    y = 10;
  }
};

struct MultAddCracker: MultAdd {
  int add();
  int multiply();
};

void extractMultAdd(MultAdd& v) {
  char* p = (char*)&v;
  std::cout << *(int*)(p + sizeof(void*)) << '\n';
  std::cout << *(int*)(p + sizeof(void*) + sizeof(int)) << '\n';
  MultAddCracker* pcracker = (MultAddCracker*)&v;
  std::cout << pcracker->add() << '\n';
  std::cout << pcracker->multiply() << '\n';
}

int main() {
  MultAdd v;
  extractMultAdd(v);
}

版本 2：

#include <iostream>

class MultAdd {
private:
  int x;
  int y;
  virtual int add() { return x + y; }
  virtual int multiply() { return x * y; }
public:
  MultAdd() {
    x = 2;
    y = 10;
  }
};

struct MultAddCracker {
  int x;
  int y;
  virtual int add();
  virtual int multiply();
};

void extractMultAdd(MultAdd& v) {
  MultAddCracker& w = (MultAddCracker&)v;
  std::cout << w.x << '\n';
  std::cout << w.y << '\n';
  std::cout << w.add() << '\n';
  std::cout << w.multiply() << '\n';
}

int main() {
  MultAdd v;
  extractMultAdd(v);
}

Answer 2

好吧，如果您正在寻找一种可移植的方式，我可以提供以下内容，即 C++ 编译器 must support。进一步讨论here。简而言之，它利用了根据 14.7.2p8 在显式模板实例化中绕过访问检查规则的事实：

14.7.2p8 通常的访问检查规则不适用于用于指定显式实例化的名称。 [注意：特别是，函数声明器中使用的模板参数和名称（包括参数类型、返回类型和异常规范）可能是通常无法访问的私有类型或对象，并且模板可能是成员模板或成员函数通常无法访问。]

它几乎做了你想做的事；唯一需要注意的是，根据 14.2，模板声明不能在函数范围内：

模板声明只能作为命名空间或类范围声明出现

这可能会破坏问题的精神，尽管它的措辞方式。 我不知道有什么方法可以将模板结构引入函数范围，但如果有类似的技巧，这可以 100% 完成你想要的。

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//// The template classes can unfortunately not be declared inside extractMultAdd ()
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

#define ROB_PRIVATE_MEMBER_INST(CLASS, TYPE, MEMBER)    \
template<typename T>                                    \
struct CLASS##_##MEMBER##_rob_tag {                     \
  typedef T CLASS::*type;                               \
  friend type get(CLASS##_##MEMBER##_rob_tag);          \
};                                                      \
template<typename Tag, typename Tag::type M>            \
struct CLASS##_##MEMBER##_rob_private                   \
{                                                       \
    friend typename Tag::type get(Tag) { return M; }    \
};                                                      \
template struct CLASS##_##MEMBER##_rob_private<         \
CLASS##_##MEMBER##_rob_tag<TYPE> , &CLASS::MEMBER>;     \

#define ROB_PRIVATE_MEMBER_INST_FN(CLASS, TYPE, MEMBER) \
template<typename T>                                    \
struct CLASS##_##MEMBER##_rob_tag {                     \
  typedef T type;                                       \
  friend type get(CLASS##_##MEMBER##_rob_tag);          \
};                                                      \
template<typename Tag, typename Tag::type M>            \
struct CLASS##_##MEMBER##_rob_private                   \
{                                                       \
    friend typename Tag::type get(Tag) { return M; }    \
};                                                      \
template struct CLASS##_##MEMBER##_rob_private<         \
CLASS##_##MEMBER##_rob_tag<TYPE> , &CLASS::MEMBER>;     \

#define ROB_PRIVATE_MEMBER_ACCESS(CLASS, INSTANCE, TYPE, MEMBER) \
    (INSTANCE.*get(CLASS##_##MEMBER##_rob_tag<TYPE>()))          \

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//// Actually use the macros
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

ROB_PRIVATE_MEMBER_INST(MultAdd, int, x);
ROB_PRIVATE_MEMBER_INST(MultAdd, int, y);
ROB_PRIVATE_MEMBER_INST_FN(MultAdd, int(MultAdd::*)(), add);
ROB_PRIVATE_MEMBER_INST_FN(MultAdd, int(MultAdd::*)(), multiply);

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//ROB_PRIVATE_MEMBER_INST_FN(MultAdd, int(__thiscall *)(), add);
int extractMultAdd(void* math)
{
    // No need to pass as void*
    MultAdd *pMA(reinterpret_cast<MultAdd*>(math));

    // ROB_PRIVATE_MEMBER_INST(MultAdd, int, x); // Note that unfortunately this isn't possible

    // The 4 values, retrieved in a portable way
    int robbed_x = ROB_PRIVATE_MEMBER_ACCESS(MultAdd, *pMA, int, x);
    int robbed_y = ROB_PRIVATE_MEMBER_ACCESS(MultAdd, *pMA, int, y);
    int robbed_add = ROB_PRIVATE_MEMBER_ACCESS(MultAdd, *pMA, int(MultAdd::*)(), add)();      // Note we're calling function with ()
    int robbed_mul = ROB_PRIVATE_MEMBER_ACCESS(MultAdd, *pMA, int(MultAdd::*)(), multiply)(); // Note we're calling function with ()


    return 0;
}

忽略朋友声明警告并滚动到输出：

Run example

当然，“只写在 extractMultAdd() 函数中”可能会为这种语义欺骗留下一些空间：

int extractMultAdd(void* math)
{
    return extractMultAdd_impl(math);
}

// structs

int extractMultAdd_impl(void* math)
{
    // original code ...
} // <== Original brace :)