在 CRTP 继承中“加好友”基类是否也会影响子类？

Question

在attempt to answer another question 中，我想出了一个方案来强制 CRTP 基类的子类在其构造函数中接受特定类型作为参数：使参数类型的构造函数private，将 CRTP 基类分配为friend，并将参数类型声明为基类构造函数的参数。

然而，当我试图证明这个方案通过访问冲突提供了所需的保护时，我发现即使参数类型的构造函数是私有的，子类也能够构造它：

template <typename T>
class SingletonBase {
  protected: class P { friend class SingletonBase<T>; P() = default; };
  public:
     SingletonBase(P) {} 
};

class Logger: public SingletonBase<Logger> {
  using BASE = SingletonBase<Logger>;
  public:
    Logger() : BASE{P{}} {} // WHY NO ACCESS VIOLATION?
};

这个compiles without error，尽管我预计会发生访问冲突。为什么？

Answer 1

在 CRTP 继承中与基类“交友”是否也会影响子类？

不，当然不是。友谊不是遗传的。为了说明问题，

首先，P::P() 是一个默认的默认构造函数，它是一个trivial default constructor。

其次，P{} 是value initialization（C++11 起），

（强调我的）

2) 如果T 是具有既不是用户提供也不是删除的默认构造函数的类类型（即，它可能是具有隐式定义或默认构造函数的类），对象初始化为零，如果它有一个非平凡的默认构造函数，则默认初始化；

注意这里只有zero initialized，而不是default initializated。 P 的私有默认构造函数根本不会被调用。

如果T 是非联合类类型，则所有基类和非静态数据成员都初始化为零，所有填充都初始化为零位。构造函数（如果有）将被忽略。

如果显式将其更改为默认初始化，则会出现访问冲突错误。

Logger() : BASE{P()} {} // error: calling a private constructor of class 'SingletonBase<Logger>::P
//               ~~

简化演示

class X { X() = default; };

int main()
{
    X x1{}; // fine
    X x2;   // error: calling a private constructor of class 'X'
}

LIVE

解决方案

您可以提供一个用户定义的默认构造函数，这是一个非平凡的构造函数，以改变值初始化的行为。

template <typename T>
class SingletonBase {
  protected: 
    class P { 
      friend class SingletonBase<T>; 
      P() {} // user-defined default constructor
    };
  public:
    SingletonBase(P) {} 
};

class Logger: public SingletonBase<Logger> {
  using BASE = SingletonBase<Logger>;
  public:
    Logger() : BASE{P{}} {} // error: calling a private constructor of class 'SingletonBase<Logger>::P'
};

Answer 2

你所做的与你的friend声明无关！

如果你删除你的friend，代码编译也很好！

这是因为空类的默认构造函数是公共的：

来自 C++11 标准：

如果类 X 没有用户声明的构造函数，则没有参数的构造函数被隐式声明为默认值。隐式声明的默认构造函数是其类的内联公共成员。

如果你没有像这样的默认构造函数：

template <typename T>
class SingletonBase
{
    protected: 
        class P
        { 
            friend class SingletonBase<T>;
            P(int){ }
        };

    public:
        SingletonBase(P) {}
};

class Logger: public SingletonBase<Logger>
{
    using BASE = SingletonBase<Logger>;

    public:
    Logger() : BASE(P{1}) {} // WHY NO ACCESS VIOLATION?
};

您将遇到“访问”违规，并且您会看到您的 friend 不起作用！：

main.cpp: In constructor 'Logger::Logger()':
main.cpp:10:17: error: 'SingletonBase<T>::P::P(int) [with T = Logger]' is private
                 P(int){ }
                 ^
main.cpp:22:28: error: within this context
         Logger() : BASE(P{1}) {} // WHY NO ACCESS VIOLATION?