一个派生类如何使用基类的保护成员？

Question

假设一个基类 A 定义了一个受保护的成员。一个派生类 B 使用这个成员。

class A
{
public:
  A(int v) : value(v) { }

protected:
  int value;
};

class B : public A
{
public:
  B(int v) : A(v) { }
  void print() const;
  void compare_and_print(const A& other) const;
};

函数B::print仅获取当前成员的值并将其打印：

void B::print() const
{
  std::cout << "Value: " << value << "\n";
}

另一个成员函数B::compare_and_print，接受一个A实例，检查它们的值并打印两者中的最大值：

void B::compare_and_print(const A& other) const
{
  auto max_value = std::max(value, other.value);
  std::cout << "Max value: " << max_value << "\n";
}

如果other是类B的实例，那么这就没问题了。但是函数希望能够处理任何类型的A实例。不幸的是，这段代码无法编译。下面是clang对此的报告：

test.cpp:27:42: error: 'value' is a protected member of 'A'
  auto max_value = std::max(value, other.value);
                                         ^
test.cpp:9:7: note: can only access this member on an object of type 'B'
  int value;
      ^
1 error generated.

这个限制对我来说听起来有些违反直觉。不过，我不会对C++标准提出异议（我仍然对这个决定背后的理由感兴趣）。

我的问题是，在我的项目中，我真的有这样一种用例：派生类有一个方法，它接受基类的实例，并需要访问所接收对象的受保护成员。

最简单的解决方案，也是我目前实现的方案，是向基类添加一个公共成员函数，该函数返回受保护的成员。这种解决方案并不能完全满足我，因为我想避免以这种方式导出成员。

如何使派生类能够使用基类的受保护成员而不通过API导出成员？

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编辑：

• 如何在派生类中访问受保护的成员？
• 在派生类中访问受保护的成员有什么方法？

我想要的答案是一种设计模式的解释，可以解决这个问题，而不必将受保护的成员暴露给外部代码（其中外部意味着不是定义这些类的框架的一部分的代码）。

可能不存在这样的模式，我承认。

- Spiros

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你尝试过使用 A::value 吗？如何从派生类函数中调用父类函数？。因此，需要创建一个getter函数。 - Brighter side

通过使用 friend 关键字？ - songyuanyao

@PeteBecker 这不是重复的问题。这个问题问“如何”，而那个问题问“为什么”。 - xskxzr

事实上，我提出这个问题的目的是想从面向对象的角度得到答案。我所知道的解决方案（强制类型转换、友元声明）只是技术上的把戏。如果仅凭借这些把戏就能让我做到某些事情，那么我可能走错了路。因此，实际的问题是，我做错了什么？为什么我需要牺牲作用域保护或使用技术把戏？ - Spiros

@GrahamS，保护成员的整个目的是允许派生类使用这些成员，这正是我需要的。基类甚至无需知道存在哪些派生类。使用friend，每当一个新的派生类需要访问受保护的成员时，我需要编辑基类，这违反了开放封闭原则。这不是我正在寻找的干净解决方案。（顺便说一句，我可能希望在基类中隐藏某些数据，通过将其设为私有） - Spiros

Answer 1

实际上，使用成员指针存在一个漏洞（无需转换、无需复制）：

void B::compare_and_print(const A& other) const
{
  auto max_value = std::max(value, other.*(&B::value));
  std::cout << "Max value: " << max_value << "\n";
}

- chtz

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@YSC 我想我找到了一个安全的选项。 - chtz

好的，这是一个赞，我很惊讶！这让我感到很奇怪，所以我在SO上询问了一个具体的问题，想知道为什么可以这样。看看吧 ;) - YSC

Answer 2

您可以通过使用辅助结构来绕过保护：

struct A_Helper : public A
{
    static int GetProtectedValue(const A & a)
    {
        return static_cast<const A_Helper&>(a).Value;
    }
};

您可以在任何地方使用以下代码获取它：A_Helper::GetProtectedValue(a)

在您的情况下，您可以通过static_cast或reinterpret_cast将other转换为const B&，但您不知道other实例是否为B类型。使用此转换后的值，读取代码的人会认为other是B类型，并且可能插入导致读取/写入“随机”内存的代码。

请考虑类B具有另一个成员value_B，而other是C类型。使用static_cast<const B&>(other).value_B是未定义行为。

- Raxvan

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这仍然允许任意代码访问受保护的成员，只是让它不那么容易被发现，对吧？通过混淆来实现保护？ :-) - Spiros

为什么这样可以，但是直接从B访问就不行呢？ - chtz

@chtz 忘记了进行静态转换。 - Raxvan