C++ - 从类外部更改私有(private)成员

Question

此代码是否会导致未定义的行为？或者我可以遇到这个问题吗？ (复制没有函数的完整类，只是带有 public 修饰符的变量并修改私有(private)成员抛出这个指针) 示例:

#include <iostream>

using namespace std;

class Point {

private:

    int x;
    int y;

public:

    Point(int x, int y) {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }

    void Print() {
        cout << "(" << x << ", " << y << ")" << endl;
    }

};

struct PointHack {

    int x;
    int y;

};

int main() {
    Point a(4, 5);
    a.Print();
    ((PointHack *) (&a))->x = 1;
    ((PointHack *) (&a))->y = 2;
    a.Print();

    return 0;
}

输出:

(4, 5)
(1, 2)

(当然是用原来的成员(member)顺序)

Answer 1

尽管您的类是布局兼容的(见下文)，但由于 the C++ strict aliasing rules 禁止此类指针转换，因此您的代码表现出未定义的行为¹.

但是:用 union 替换强制转换使代码符合标准；这实际上保证在 C++11 中工作:

#include <iostream>

using namespace std;

class Point {

private:

    int x;
    int y;

public:

    Point(int x, int y) {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }

    void Print() {
        cout << "(" << x << ", " << y << ")" << endl;
    }

};

struct PointHack {
    int x;
    int y;
};

union pu
{
    Point p;
    PointHack ph;
    pu(int x, int y) : p(x, y) {}
};

int main() {
    pu u(4,5);
    u.p.Print();
    u.ph.x=1;
    u.ph.y=2;
    u.p.Print();
    return 0;
}

这是因为 Point 和 PointHack 是标准布局类²(C++11，§9 ¶7) ，并共享一个“公共(public)初始子序列”(§9.2，¶20)；因此，如果它们都存储在同一个 union 中(此处为 pu)，则允许“检查其中任何一个的公共(public)初始部分”³。

不过，这个答案主要是一种风格练习；除非你真的被迫，否则不要利用这些技巧。 C++ 提供了更好的方法来在必要时访问私有(private)成员，而不会残酷地破坏封装——你有 getter/setter、 protected 继承、友元类……而且通常，如果你以目标类不希望的方式访问私有(private)类成员，您可能违反了该类关于如何修改其数据的假设，这可能导致其方法代码的行为不稳定。

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注释:

1. 在C++中，你不能有两个不相关类型的指针指向同一个对象；此限制主要用于帮助优化器做出关于别名的假设。
2. 请注意，这方面的要求非常严格；通常，大多数基本上不是 C 结构的类都不符合此条件。即使有不同的访问限定符也可以打破魔法。
3. 思路是赋值给ph使其成为union的“事件对象”，然后p.Print()就是“检查”“非事件”对象的那个。