c++ - 为什么这个派生类需要声明为友元？

Question

我正在自学 C++，我认为动手实践的一个好方法是将一些 Java 项目转换为 C++，看看我失败的地方。所以我正在研究多态列表实现。它工作正常，除了一件奇怪的事情。

我打印列表的方式是让 EmptyList 类返回“null”(一个字符串，而不是指针)，而 NonEmptyList 返回一个字符串，这是它们的数据与对列表中其他所有内容调用 tostring() 的结果连接起来。

我将 tostring() 放在了 protected 部分(看起来很合适)，编译器提示这一行(s 是一个stringstream 我正在使用它来累积字符串):

s << tail->tostring();

这是编译器的错误:

../list.h: In member function 'std::string NonEmptyList::tostring() [with T = int]':
../list.h:95:   instantiated from here
../list.h:41: error: 'std::string List::tostring() [with T = int]' is protected
../list.h:62: error: within this context

Here's most of list.h:

template <class T> class List;
template <class T> class EmptyList;
template <class T> class NonEmptyList;

template <typename T>
class List {
public:
    friend std::ostream& operator<< (std::ostream& o, List<T>* l){
        o << l->tostring();
        return o;
    }
    /* If I don't declare NonEmptyList<T> as a friend, the compiler complains
     * that "tostring" is protected when NonEmptyClass tries to call it
     * recursively.
     */
    //friend class NonEmptyList<T>;

    virtual NonEmptyList<T>* insert(T) =0;
    virtual List<T>* remove(T) =0;
    virtual int size() = 0;
    virtual bool contains(T) = 0;
    virtual T max() = 0;

    virtual ~List<T>() {}
protected:
    virtual std::string tostring() =0;
};

template <typename T>
class NonEmptyList: public List<T>{
    friend class EmptyString;
    T data;
    List<T>* tail;
public:
    NonEmptyList<T>(T elem);
    NonEmptyList<T>* insert(T elem);
    List<T>* remove(T elem);
    int size() { return 1 + tail->size(); }
    bool contains(T);
    T max();
protected:
    std::string tostring(){
        std::stringstream s;
        s << data << ",";

        /* This fails if List doesn't declare NonEmptyLst a friend */
        s << tail->tostring();

        return s.str();
    }
};

因此将 NonEmptyList 声明为 List 的友元可以使问题消失，但是必须将派生类声明为基类的友元似乎真的很奇怪。

Answer 1

因为 tail是 List<T> ，编译器告诉您不能访问另一个类的 protected 成员。就像在其他类 C 语言中一样，您只能访问您的基类实例中的 protected 成员，而不能访问其他人的。

从类 B 派生类 A 不会为类 A 访问类 B 类型或派生自该类型的所有实例上的类 B 的每个 protected 成员。

This MSDN article on the C++ protected keyword可能有助于澄清。

更新

根据 Magnus in his answer 的建议，在这种情况下，一个简单的修复可能是替换对 tail->tostring() 的调用与 <<您为 List<T> 实现的运算符提供与 tostring() 相同的行为.这样，您就不需要 friend声明。