访问私有成员
在一个博客看到了 C++ 获取私有成员的一个方法,感觉非常神奇,就花了两三个晚上分析了其背后的原理。
#include <iostream>
struct A {
void print_b() { std::cout << b << std::endl; }
int a{};
private:
int b{};
};
template <typename Tag, typename Tag::type M>
struct Rob {
friend typename Tag::type get(Tag) { return M; }
};
struct A_b {
using type = int A::*;
friend type get(A_b);
};
template struct Rob<A_b, &A::b>;
int main() {
A a{};
a.*get(A_b{}) = 12; // access private member 'b'
a.print_b(); // print 12
}
成员指针访问运算符
最初看到 a.*get(A_b{})
这一语句感到非常奇妙,仿佛我们向类型 A
扩展了方法 get
一样。但其实 .*
是一个二元运算符,成员指针访问运算符。另外我最初被 get
函数迷惑了,以为它是在类型的域内的,但它是友元函数,它是全局上的一个函数。
了解成员指针访问运算符后我们可以这样获取成员变量:
int A:: *ptr_a = &A::a;
A a{};
a.*ptr_a = 13;
当然直接用这种方式是获取不了私有变量的,它是通不过编译检查的:
int A:: *ptr_b = &A::b; // error
A a{};
a.*ptr_b = 13;
当然,你可让 A
直接返回一个指针给你,但在这讨论就没有什么意义了。
逃过编译器检查
但是作者发现了一处编译器不会检查的地方,而且这个这是写在 C++ 标准里的(C++ 20 前在 temp.explicit.12,20 起移到了 temp.spec.general.6)。对于特化申明的模板参数,编译器不会进行检查。
template<typename T> struct S {};
template struct S<&A::b>; // no error
但是仅仅这样是不行的,因为 &A::b
不能出现在特化申明以外的地方,所以我们现在也获取不到那个特化的 S
。这里博客展示了两个手法:
template <typename Tag>
struct Get {
static typename Tag::type ptr;
};
template <typename Tag>
typename Tag::type Get<Tag>::ptr;
template <typename Tag, typename Tag::type M>
struct Rob {
struct D {
D() { Rob<Tag>::ptr = M; }
};
static D d;
};
template <typename Tag, typename Tag::type p>
typename Rob<Tag, p>::D Rob<Tag, p>::d;
struct A_b {
using type = int A::*;
};
template struct Rob<A_b, &A::b>;
int main() {
A a{};
a.*Get<A_b>::ptr = 12;
a.print_b();
}
这个手法首先将指针值的模板参数与 Get
剥离,使得我们只需要一个 Tag
类型就可以取得特定的特化。然后利用辅助类型 Rob
,Rob
的静态成员 d
初始化时将指针的值赋到对于的 Get
类型上。
另一个手法就是文章最开始展示的,利用了 get
函数重载。但是仅仅在模板中的友元申明是不能被 ADL 找到的
template <class T>
struct S {
friend void f(T){}
};
template struct S<int>;
int main() {
f(1); // cannot resolve symbol
}
所以需要在 A_b
中申明具体的 get
函数。其中函数申明也可以写到类型外面:
struct A_b {
using type = int A::*;
};
A_b::type get(A_b);
扩展阅读
在这篇博文中作者探讨测试了未使用的类的私有成员是否会被编译器优化掉(我们的代码需要建立在不会被优化掉的基础上才能正常工作)。