C++ 类访问控制public/private/protected探讨

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( 2 ,  25 ); 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，而不是类（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。