为什么当非const成员函数是私有的时候，公共const成员函数不被调用？

Question

考虑一下这段代码：

struct A
{
    void foo() const
    {
        std::cout << "const" << std::endl;
    }

    private:

        void foo()
        {
            std::cout << "non - const" << std::endl;
        }
};

int main()
{
    A a;
    a.foo();
}

编译器错误是：

错误：'void A::foo()' 是私有的。

但是当我删除私有的函数时，它就可以工作了。为什么当非const函数是私有的时候，公共的const成员函数没有被调用呢？

换句话说，为什么重载解析在访问控制之前？这很奇怪。你认为这是一致的吗？我的代码本来可以工作，然后我添加了一个成员函数，我的工作代码完全无法编译。

- Narek

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在C++中，如果没有采用PIMPL编程技巧等额外的努力，类中就不存在真正的“私有”部分。这只是其中的一个问题（例如增加“私有”方法重载并破坏旧代码的编译在我看来也算是一个问题，即使避免这个问题非常简单，只需要不这样做）。 - hyde

有没有任何真实的代码，你期望能够调用一个const函数，但它的非const对应函数却是私有接口的一部分？这听起来像是糟糕的接口设计。 - Vincent Fourmond

这个回答解决了您的问题吗？在非const对象上，为什么C++不会调用带有public-const和private-nonconst重载的const方法版本？ - imz -- Ivan Zakharyaschev

Answer 1

当你调用a.foo();时，编译器会进行重载决议以找到要使用的最佳函数。在构建重载集时，它找到了：

void foo() const

和

void foo()

现在，因为a不是const，非const版本是最佳匹配，所以编译器选择了void foo()。然后访问限制被放置，并且出现编译器错误，因为void foo()是私有的。

请记住，在重载决议中它不是“找到最佳可用函数”，而是“找到最佳函数并尝试使用它”。如果由于访问限制或被删除而无法使用，则会出现编译器错误。

换句话说，为什么访问控制放在重载决议之前？

好的，让我们看一下：

struct Base
{
    void foo() { std::cout << "Base\n"; }
};

struct Derived : Base
{
    void foo() { std::cout << "Derived\n"; }
};

struct Foo
{
    void foo(Base * b) { b->foo(); }
private:
    void foo(Derived * d) { d->foo(); }
};

int main()
{
    Derived d;
    Foo f;
    f.foo(&d);
}

现在假设我并不是真的想把 void foo(Derived * d) 定义为私有的。如果访问控制先于重载分辨率，那么这个程序将会编译并运行，并输出 Base。在一个庞大的代码库中，这可能很难追踪。由于访问控制在重载分辨率之后执行，我可以得到一个很好的编译器错误提示，告诉我无法调用我想要调用的函数，因此我可以更容易地找到错误。

- NathanOliver

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访问控制为什么要在重载解析之后呢？ - Drakarah

正如我在代码示例中所展示的那样，如果访问控制是首要考虑的话，那么上面的代码将编译通过，这将改变程序的语义。不确定你是否同意，但我宁愿出现错误并需要进行显式转换，如果我希望函数保持私有，而不是进行隐式转换并且代码默默地“工作”。 - NathanOliver

“而且如果我想让函数保持私有，就需要进行显式转换” - 这听起来真正的问题是隐式转换...不过另一方面，衍生类也可以隐式地作为基类使用，这恰恰是面向对象范例的一个定义特征，是吧？ - Steven Byks

Answer 2

归根结底，这与标准中的断言有关：在进行重载决议时，不应考虑可访问性。该断言可以在[over.match]第3条款中找到：

……当重载决议成功，并且最佳可行函数在使用它的上下文中是不可访问的（第[class.access]节），程序就是不合法的。

还有同一部分第1条款中的注意事项：

[注意：重载解析选择的函数不能保证适用于上下文。其他限制，例如函数的可访问性，可能会使其在调用上下文中不合法。—end note]

至于为什么，我可以想到几个可能的动机：

1. 它防止由于更改重载候选对象的可访问性而导致意外行为的发生（相反，将出现编译错误）。
2. 它从重载解析过程中去除了上下文相关性（即无论在类内还是类外，重载解析的结果都将相同）。

- atkins

Answer 3

假设访问控制在重载解析之前。实际上，这意味着public/protected/private控制的是可见性而不是可访问性。 Design and Evolution of C++ by Stroustrup的第2.10节中有一段关于此的内容，他在其中讨论了以下示例。

int a; // global a

class X {
private:
    int a; // member X::a
};

class XX : public X {
    void f() { a = 1; } // which a?
};

Stroustrup提到了当前规则（可见性优先于可访问性）的一个好处是，将class X内部的private暂时更改为public（例如用于调试目的）不会在上述程序的含义中产生任何悄然的变化（即尝试访问X::a在两种情况下都会导致访问错误，在上面的例子中）。如果public/protected/private控制可见性，则程序的含义将发生变化（使用private调用全局a，否则调用X::a）。

他随后表示，他不记得这是通过明确设计还是作为实现C++之前的类C的预处理器技术的副作用而实现的。

这与您的示例有什么关系？基本上是因为标准使重载解析符合通常规则，即名称查找在访问控制之前进行。

10.2 成员名称查找 [class.member.lookup]

1 成员名称查找决定了类作用域（3.3.7）中名称（id-expression）的含义。名称查找可能导致歧义，此时程序是非法的。对于 id-expression，名称查找从 this 的类作用域开始；对于 qualified-id，名称查找从嵌套名称限定符的作用域开始。访问控制之前进行名称查找（3.4，第11条款）。

8 如果多个重载函数的名称可以明确地找到，在访问控制之前也会进行重载决议（13.3）。通常可以通过使用类名限定名称来解决歧义。

- TemplateRex

Answer 4

由于隐式的this指针是非const的，编译器将首先在const版本之前检查是否存在一个非const版本的函数。

如果你明确将非const版本标记为private，则解析过程将失败，编译器将不会继续搜索。

- Bathsheba

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你认为这是否一致？我的代码能够正常运行，但是当我添加一个方法后，原本可以工作的代码却完全无法编译。 - Narek

我也这么认为。重载决议是故意模糊的。我昨天回答了一个类似的问题：https://dev59.com/ypnga4cB1Zd3GeqPgPh5#39023634 - Bathsheba

我认为它的工作方式与重载决议中的已删除函数相同。它从集合中选择最好的一个，然后发现它无法使用，因此您会得到编译器错误。它不会选择最佳可用函数，而是选择最佳函数，然后尝试使用它。 - NathanOliver

@Narek 我也一开始想知道为什么它不起作用，但请考虑这一点：如果公共const函数应该被选择用于非const对象，那么你将如何调用私有函数呢？ - 463035818_is_not_a_number

Answer 5

记住这一系列事件的顺序非常重要，顺序如下：

1. 找出所有可行的函数。
2. 选择最佳的可行函数。
3. 如果没有确切的最佳可行函数，或者无法调用最佳可行函数（由于访问违规或函数被delete），则失败。

（3）发生在（2）之后。这非常重要，否则使函数成为deleted或private将变得毫无意义，而且难以理解。

在这种情况下：

1. 可行函数是A::foo()和A::foo() const。
2. 最佳可行函数是A::foo()，因为后者涉及隐式this参数的资格转换。
3. 但是A::foo()是private的，您无法访问它，因此代码不符合规范。

- Barry

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有人可能认为“可行”应该包括相关的访问限制。换句话说，从类外部调用私有函数是不“可行”的，因为它不是该类的公共接口的一部分。 - R.M.

Answer 6

这涉及到C++中一个相当基础的设计决策。

在查找满足调用的函数时，编译器会进行如下搜索：

1. 它搜索以找到第一个¹具有该名称的作用域中的某些内容。

2. 编译器在该作用域中找到该名称的所有函数（或函数对象等）。

3. 然后，编译器执行重载决议，从找到的候选项中找到最佳的一个（无论它们是否可访问）。

4. 最后，编译器检查所选函数是否可访问。

由于这种排序方式，是的，编译器可能会选择不可访问的重载，即使存在另一个可访问但未被选择的重载（在重载决议期间）。

至于是否可以以不同的方式完成操作：是的，毫无疑问地可以。但这肯定会导致与C++非常不同的语言。事实证明，许多看似相当微小的决策都会产生影响，影响远比起初显而易见的要大得多。

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1. "First"本身可能有点复杂，特别是当/如果涉及到模板时，因为它们可能导致两阶段查找，这意味着在进行搜索时有两个完全独立的“根”可以开始。不过，基本思想非常简单：从最小封闭作用域开始，向外逐渐扩大到更大的封闭作用域。

- Jerry Coffin

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斯特鲁斯特鲁普在《D＆E》中猜测这个规则可能是C++中使用的预处理器的副作用，由于更先进的编译器技术已经可用，所以从未再次进行过审查。 参见我的回答。 - TemplateRex

Answer 7

访问控制（public，protected，private）不影响重载决策。编译器选择void foo()是因为它是最佳匹配。它不可访问的事实并不改变这一点。删除它只剩下void foo() const，然后就成为了最佳（也是唯一）匹配。

- Pete Becker

Answer 8

在这个调用中：

a.foo();

每个成员函数中都会隐式地有一个 this 指针可用。而 this 的 const 限定符是从调用的引用 / 对象中获取的。编译器将上述调用视为：

A::foo(a);

但你有两个声明 A::foo，这被视为：

A::foo(A* );
A::foo(A const* );

通过重载解析，第一个函数将被选中为非常量 this，第二个函数将被选中为 const this。如果你去掉第一个函数，则第二个函数将绑定到 const 和 非const 的 this 上。

在选择最佳可行函数后进行访问控制。由于你指定了所选重载的访问权限为 private，因此编译器会发出警告。

标准如下：

[class.access/4]: ...对于重载函数名称，访问控制应用于通过重载解析选择的函数....

但如果你这样做：

A a;
const A& ac = a;
ac.foo();

那么，只有const重载才会被匹配。

- WhiZTiM

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很奇怪，在重载解析选择最佳可行函数之后，出现了访问控制。访问控制应该在重载解析之前，因为如果您没有访问权限，您根本不应该考虑它，您认为呢？ - Narek

@Narek，我已经更新了我的答案，并附上了对C++标准的参考链接（http://eel.is/c++draft/class.access#4）。这样做实际上是有道理的，因为C++中有很多东西和习惯用法取决于这种行为。 - WhiZTiM

Answer 9

技术原因已经在其他答案中回答，我只关注这个问题：

换句话说为什么过载解析（overload resolution）在访问控制（access control）之前？这很奇怪。你认为这是一致的吗？我的代码有效，然后我添加一个方法，我的有效代码完全无法编译。

这就是语言的设计初衷。意图是尽可能调用最佳可行的重载。如果失败，则会触发错误以提醒您重新考虑设计。

另一方面，假设您的代码编译并成功调用了const成员函数。有一天，有人（也可能是你自己）决定将非const成员函数的可访问性从private更改为public。然后，行为会发生改变，而不会有任何编译错误！这将是一个惊喜。

- songyuanyao

Answer 10

因为在main函数中，变量a未声明为const。

常量成员函数只能在常量对象上调用。

- Some programmer dude