c++ - 为什么链接器不保留封装？

Question

让我们假设以下头文件 foo.h:

class Foo {
  private:
    void print() const;
};

和以下 foo.cpp:

#include <iostream>

#include "foo.h"

void Foo::print() const {
    std::cout << "Secret" << std::endl;
}

另一个头文件 foo1.h，与 foo.h 相同，除非方法 print 被声明为 public:

class Foo {
  public:
    void print() const;
};

这将是 main.cpp，它只是在 foo1.h 中调用 print:

#include "foo1.h"

int main() {
    Foo f;
    f.print();
    return 0;
}

对我来说奇怪的是以下链接会起作用:

g++ foo.cpp -c -o foo.o
g++ main.cpp -c -o main.o
g++ main.o foo.o -o exec
./exec

最后一条命令会输出:

Secret

因此，在不知道类 Foo 的具体实现但知道它的声明和目标文件的情况下，我们可以创建可以使用其方法的情况，即使它们被声明为私有(private)。

我的问题是:

1. 为什么有效？链接器不考虑私有(private)和公共(public)声明？

2. 这种行为在实践中有用吗？如果是，它是如何使用的？我猜它可能对测试有用。

Answer 1

首先，因为您违反了“一个定义规则”(C++11 3.2/5“一个定义规则”说不同翻译单元中的单独类定义必须“由相同的标记序列组成”) ，就工具链而言，一切都可以。它可以诊断出一个错误，或者生成一个看起来可以工作的程序(就像在您的测试中一样)。

你的实验产生你所看到的结果的一个简单原因是编译器“强制”访问类成员，并且你已经告诉编译器访问成员 Foo::print () 是公开的。

它符合工具链对因其他原因(例如重载)执行的名称 mangle 中的成员的访问进行编码。但是，由于该标准不要求工具链强制执行它，因此实现者似乎决定他们不需要在链接时考虑访问控制。换句话说，我认为将访问控制编码到链接器使用的外部符号中是可行的，但这项工作尚未完成；可能是因为严格来说没有必要。

请注意，Microsoft C++ 确实在外部名称中合并了对成员的访问权限，因此您确实会遇到链接时错误:

testmain.obj : error LNK2019: unresolved external symbol "public: void __thiscall Foo::print(void)const " (?print@Foo@@QBEXXZ) referenced in function _main testmain.exe : fatal error LNK1120: 1 unresolved externals

这里是 g++ 生成的符号(连同 c++filt 解码):

D:\so-test>nm test.o | grep Foo
000000000000008c t _GLOBAL__sub_I__ZNK3Foo5printEv
0000000000000000 T _ZNK3Foo5printEv

D:\so-test>nm testmain.o | grep Foo
                 U _ZNK3Foo5printEv

D:\so-test>c++filt _ZNK3Foo5printEv
Foo::print() const

这里是 MS C++ 生成的符号(连同解码):

D:\so-test>dumpbin /symbols test.obj | grep Foo
22D 00000000 SECTBA notype ()    External     | ?print@Foo@@ABEXXZ (private: void __thiscall Foo::print(void)const )

D:\so-test>dumpbin /symbols testmain.obj | grep Foo
009 00000000 UNDEF  notype ()    External     | ?print@Foo@@QBEXXZ (public: void __thiscall Foo::print(void)const )