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  • C++ 类访问控制public/private/protected探讨

    摘要:本文是从饮水思源BBS C/C++版上一篇帖子引发的思考。当时看到帖子,突然觉得平时见惯了的,在这里似乎变得陌生了,究竟访问控制符怎样起作用,怎样使用,该怎样理解,本文试图给出讨论。

    原帖如下
     1 #include <IOSTREAM>
     2 using namespace std;
     3 
     4 class A{
     5 public:
     6     A(int i_,int j_)
     7     {
     8         i=i_;
     9         j=j_;
    10     }
    11     void disp(A &a)
    12     {
    13         cout<<a.i<<endl<<a.j<<endl;
    14     }
    15 
    16 private:
    17     int i;
    18 protected:
    19     int j;
    20 };
    21 
    22 int main(int argc, char* argv[])
    23 {
    24     A a(123,456);
    25     A b(789,543);
    26     a.disp(b);
    27     b.disp(a);
    28 
    29     return 0;
    30 }

     

    初看起来,倒是会产生疑问。为什么会这样,是否有bug?
    仔细考究起来,我们其实可以这样看待类和对象:
    类是将数据成员和进行于其上的一系列操作(成员函数)封装在一起,注意:成员函数可以操作数据成员(可以称类中的数据成员为泛数据成员)!
    对象是类的实例化,怎样理解实例化?其实每一个实例对象都只是对其中的数据成员初始化,内存映像中每个对象仅仅保留属于自己的那份数据成员副本。而成员函数对于整个类而言却是共享的,即一个类只保留一份成员函数。
    那么每个对象怎样和这些可以认为是“分离”的成员函数发生联系,即成员函数如何操作对象的数据成员?记住this指针,无论对象通过(.)操作或者(->)操作调用成员函数,编译时刻,编译器都会将这种调用转换成我们常见的全局函数的形式,并且多出一个参数(一般这个参数放在第一个),然后将this指针传入这个参数。于是就完成了对象与成员函数的绑定(或联系).
    实例化后就得到同一个类的多个不同的对象,既然成员函数共享的,那么成员函数就可以操作对象的数据成员。
    问题是现在有多个对象,成员函数需要知道操作的是哪个对象的数据成员?
    比如有对象obj1和obj2,都属于A类,A类有public成员函数foo()
    如果obj1调用该函数,编译时会给foo函数传入this指针,obj1,foo中操作obj1自身的成员就不用任何修饰,直接访问,因为其中的数据成员自动根据this指针找到。
    如果obj1调用该函数,同样可以访问同类的其他对象的数据成员!那么你需要做的是让foo函数知道是同类对象中哪个对象的数据成员,一个解决办法是传入同类其他对象的指针或引用,那么就可以操作同类其他对象的数据成员。
    foo(A &obj)
    这样定义,然后调用:
    obj1.foo(obj2)
    就可以在obj1访问obj2的数据成员,而无论这些数据成员是private还是protected

    搬出C++ Object Model,可以画出各个对象的内存map就可以更清晰的看出:


    总结:C++的访问修饰符的作用是以类为单位,而不是以对象为单位。

    通俗的讲,同类的对象间可以“互相访问”对方的数据成员,只不过访问途径不是直接访问.
    步骤是:通过一个对象调用其public成员函数,此成员函数可以访问到自己的或者同类其他对象的public/private/protected数据成员和成员函数(类的所有对象共用),而且还需要指明是哪个对象的数据成员(调用函数的对象自己的成员不用指明,因为有this指针;其他对象的数据成员可以通过引用或指针间接指明)

    C++中public,protected,private访问小结
    第一:private,public,protected方法的访问范围.(public继承下)
    private: 只能由该类中的函数、其友元函数访问,不能被任何其他访问,该类的对象也不能访问.
    protected: 可以被该类中的函数、子类的函数、以及其友元函数访问,但不能被该类的对象访问
    public: 可以被该类中的函数、子类的函数、其友元函数访问,也可以由该类的对象访问
    注:友元函数包括两种:设为友元的全局函数,设为友元类中的成员函数

    第二:类的继承后方法属性变化:
    使用private继承,父类的所有方法在子类中变为private;
    使用protected继承,父类的protected和public方法在子类中变为protected,private方法不变;
    使用public继承,父类中的方法属性不发生改变; 
     

    public: protected: private:
    public继承 public protected ---
    protected继承 protected protected ---
    private继承 private private ---

    protected继承和private继承能降低访问权限

    再次提到:可以提供访问行为的主语为“函数”。
    类体内的访问没有访问限制一说,即private函数可以访问public/protected/private成员函数或数据成员,同理,protected函数,public函数也可以任意访问该类体中定义的成员
    public继承下,基类中的public和protected成员继承为该子类的public和protected成员(成员函数或数据成员),然后访问仍然按类内的无限制访问


    对于类域范围内,成员函数访问无所谓访问限制。
    对于继承情况下的基类private成员,在派生类中仍然继承了下来,只不过它不能直接访问,   即使在类里也不行,   更不用说是类对象了。
    可以通过下列例子看到:

     1 #include <iostream>
     2 using namespace std;
     3 
     4 class C{
     5 public:
     6     C(int val) : m_c(val) {}
     7 private:
     8     int m_c;
     9 };
    10 
    11 class D: public C{
    12 public:
    13     D(int val1, int val2) : C(val1), m_d(val2) {}
    14     int m_d;
    15 };
    16 
    17 int main()
    18 {
    19 
    20 
    21     cout << sizeof(C) << " " << sizeof(D) << endl; // 4  8
    22     D obj(225);
    23     cout << &obj << " " << &obj.m_d << endl; //0x0012FF78   0X0012FF7C
    24     //cout << obj.m_c;  //error, 不能访问
    25 
    26     D *ptr = &obj;
    27     int *iptr = (int *)ptr;
    28     cout << *iptr << " " << *(iptr+1<< endl;//2  25
    29     
    30     return 0;
    31 }
    32 
    33 


    同样,加入虚函数,可以看到VC编译器将vptr放置在数据区的最开头


    下面摘自博客园的一篇,相当精辟的理解:



    下面这个问题摘自论坛的一个帖子

    已知3个类O、P和Q,类O中定义了一个私有方法F1、一个公有方法F2和一个受保护的方法F3:类P和类Q是类O的派生类,其继承方式如下所示:
    class P : protected O {…};
    class Q : public O {…};
    关于方法F1的描述中正确的是___(34)___;关于方法F2韵描述中正确的是___(35)___;关于方法F3的描述中正确的是___(36)___。
    (34)
    A.方法F1无法被访问
    B.只有在类O内才能访问方法F1
    C.只有在类P内才能访问方法F1
    D.只有在类Q内才能访问方法F1
    (35)
    A.类O、P和Q的对象都可以访问方法F2
    B.类P和Q的对象都可以访问方法F2
    C.类0和Q的对象都可以访问方法F2
     D.只有在类P内才能访问方法F2
    (36)A.类0、P和Q的对象都可以访问方法F3
    B.类0、P和Q的对象都不可以访问方法F3
    C.类0和Q的对象都可以访问方法F3
    D.类P和Q的对象都可以访问方法F3。

    有甚么办法可以简单地记住这许多的规则? 下文告诉你一个根本不需要记的办法。

    顾名思义,private/public/protected 分别表示 私有/公开/保护,它们是一组用于访问权限控制的关键字。那么首先,需要澄清的一个关键点是,是要控制谁访问谁的权限?这个访问的主语(施事)是谁?宾语(受事)是谁?

    我们经常听到这样的说法:

    1)一个类友元可以访问该类的任何成员(包括成员变量及成员方法,下同)。
    2)private成员只有该类自身可以访问,protected成员只有该类及其派生类可以访问,public成员所有的人都可以访问。

    宾语(受事)是谁这一点很明确,是类的成员(包括成员变量及成员方法)。主语(施事)是谁?这是让大家发生混淆的关键点。也是这个说法中含糊不清的地方。

    想清楚一点,其实主语(施事)指的是一个函数,而不是(当然更不是变量)。private/public/protected要控制的是一个函数(施事)对一个类的成员(包括成员变量及成员方法)的访问权限。因此比较完整的说法是:

    1)一个类友元(包含友元函数或者友元类的所有成员函数)可以访问该类的任何成员(包括成员变量及成员方法)。

    2)除去友元外,private成员只有该类自身的成员函数可以访问,protected成员只有该类的成员函数及其派生类的成员函数可以访问,public成员则所有的函数都可以访问。

    也就是说,当我们说一个类可以访问XXX,其实暗指这个类的成员函数可以访问XXX。了解了这一点,外加一条显而易见的规则,上面的问题就不难回答了。这条规则是:

    3)派生类在继承时可削弱成员的访问权限(通过protected/private修饰)。例如上面的例子class P : protected O {…}; 那么某个函数通过类P访问O中成员时,该函数对类O中的public成员只有protected权限。

    补充:有一种技术叫Member Spy(类成员间谍),通过该技术派生类可将基类的protected成员修改为public权限。这种技术用到了using关键字。举例如下:

    class A
    {
    protected:
     int m_data;
    };

    class SpyA : public A
    {
    public:
     using A::m_data;
    };

    void TestSpy(A* pA)
    {
     SpyA* pSpyA = static_cast<SpyA*>(pA);
     // 强制转换A为SpyA,这要求SpyA没有成员变量且没有重载A中的虚函数。
     // 现在你可以通过pSpyA访问m_data了。例如:int data = pSpyA->m_data;
    }

    由于这种技术用到了强制类型转换,当谨慎使用。



    题目:自己定义一个class,它只有一个数据成员,且为private, 其成员函数都为public, 它生成两个对象obj1, obj2, 先要求用最少的成员函数实现obj1访问obj2的private数据成员。

    实现一:


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