Tại sao chúng ta đặt các chức năng thành viên tư nhân trong các tiêu đề?

Câu trả lời cho lý do tại sao chúng ta đặt các biến thành viên riêng trong các tiêu đề C ++ là kích thước của lớp phải được biết tại các điểm mà các thể hiện được khai báo để trình biên dịch có thể tạo mã di chuyển thích hợp về ngăn xếp.

Tại sao chúng ta cần đưa các thành viên tư nhân vào tiêu đề?

Nhưng có lý do nào để khai báo các hàm riêng trong định nghĩa lớp không?

Sự thay thế về cơ bản sẽ là thành ngữ pimpl nhưng không có sự gián tiếp thừa.

Là tính năng ngôn ngữ này nhiều hơn một lỗi lịch sử?

Các hàm thành viên riêng có thể virtualvà trong các triển khai chung của C ++ (sử dụng vtable), thứ tự và số lượng các hàm ảo cụ thể được yêu cầu phải được biết bởi tất cả các máy khách của lớp. Điều này áp dụng ngay cả khi một hoặc nhiều chức năng thành viên ảo là private.

Có vẻ như điều này giống như "đặt xe trước ngựa", bởi vì các lựa chọn triển khai trình biên dịch không ảnh hưởng đến đặc tả ngôn ngữ. Tuy nhiên, trong thực tế, ngôn ngữ C ++ được phát triển cùng lúc với triển khai hoạt động ( Cfront ), sử dụng vtables.

Nếu bạn cho phép các phương thức được thêm vào một lớp ngoài định nghĩa của nó, chúng có thể được thêm vào bất cứ nơi nào , trong bất kỳ tệp nào, bởi bất kỳ ai.

Điều đó sẽ ngay lập tức cung cấp cho tất cả các mã khách hàng quyền truy cập tầm thường vào các thành viên dữ liệu riêng tư và được bảo vệ.

Khi bạn đã hoàn thành định nghĩa lớp, không có cách nào để đánh dấu một số tệp là được tác giả ban phước đặc biệt để mở rộng nó - chỉ có các đơn vị dịch phẳng. Vì vậy, cách hợp lý duy nhất để nói với trình biên dịch rằng một tập hợp các phương thức cụ thể là chính thức, hoặc được ban phước bởi tác giả lớp, là khai báo chúng bên trong lớp.

Lưu ý rằng chúng ta có quyền truy cập trực tiếp vào bộ nhớ trong C ++, điều đó có nghĩa là việc tạo ra một loại bóng với bố cục bộ nhớ giống như lớp của bạn, thêm các phương thức của riêng tôi (hoặc chỉ công khai tất cả dữ liệu) và reinterpret_cast. Hoặc tôi có thể tìm mã của chức năng riêng tư của bạn hoặc tháo rời nó. Hoặc tra cứu địa chỉ chức năng trong bảng ký hiệu và gọi trực tiếp.

Những người xác định truy cập này không cố gắng ngăn chặn các cuộc tấn công này, vì điều đó là không thể. Chúng chỉ cho biết làm thế nào một lớp được sử dụng.

Câu trả lời được chấp nhận giải thích điều này cho các chức năng riêng tư ảo , nhưng điều đó chỉ trả lời một khía cạnh cụ thể của câu hỏi, hạn chế hơn đáng kể so với những gì OP yêu cầu. Vì vậy, chúng ta cần phải viết lại: Tại sao chúng ta bắt buộc phải khai báo các hàm riêng không ảo trong các tiêu đề?

Một câu trả lời khác gọi thực tế là các lớp phải được khai báo trong một khối - sau đó chúng được niêm phong và không thể thêm vào. Đó là những gì bạn đang làm bằng cách bỏ qua để khai báo một phương thức riêng tư trong tiêu đề sau đó cố gắng xác định nó ở nơi khác. Điểm hay. Tại sao một số người dùng của lớp có thể tăng nó theo cách mà những người dùng khác không thể quan sát? Các phương thức riêng tư là một phần của nó và không loại trừ khỏi điều này. Nhưng sau đó bạn hỏi tại sao chúng được bao gồm, và nó có vẻ hơi tự nhiên. Tại sao người dùng lớp phải biết về họ? Nếu chúng không hiển thị, người dùng không thể thêm bất kỳ và xin chào.

Vì vậy, tôi muốn cung cấp một câu trả lời rằng, thay vì chỉ bao gồm các phương thức riêng tư theo mặc định, cung cấp các điểm cụ thể có lợi cho việc hiển thị chúng cho người dùng. Một lý do cơ học cho các chức năng riêng tư không ảo yêu cầu khai báo công khai được đưa ra trong Herb Sutter's GotW # 100 về thành ngữ Pimpl như là một phần của lý do căn bản của nó. Tôi sẽ không nói về Pimpl ở đây, vì tôi chắc rằng tất cả chúng ta đều biết về nó. Nhưng đây là bit có liên quan:

Trong C ++, khi mọi thứ trong định nghĩa lớp tệp tiêu đề thay đổi, tất cả người dùng của lớp đó phải được biên dịch lại - ngay cả khi thay đổi duy nhất là đối với các thành viên lớp riêng mà người dùng của lớp thậm chí không thể truy cập. Điều này là do mô hình xây dựng của C ++ dựa trên sự bao gồm văn bản và bởi vì C ++ giả định rằng người gọi biết hai điều chính về một lớp có thể bị ảnh hưởng bởi các thành viên tư nhân:

• Kích thước và bố cục : [của các thành viên và chức năng ảo - tự giải thích và tuyệt vời cho hiệu suất, nhưng không phải tại sao chúng tôi ở đây]
• Hàm : Mã gọi phải có khả năng giải quyết các cuộc gọi đến các chức năng thành viên của lớp, bao gồm các hàm riêng không thể truy cập quá tải với các hàm không bí mật - nếu chức năng riêng phù hợp hơn, mã gọi sẽ không thể biên dịch. (C ++ đã đưa ra quyết định thiết kế có chủ ý để thực hiện giải quyết quá tải trước khi kiểm tra khả năng truy cập vì lý do an toàn. Ví dụ, người ta cảm thấy rằng việc thay đổi khả năng truy cập của một chức năng từ riêng tư sang công cộng không nên thay đổi ý nghĩa của mã gọi hợp pháp.)

Tất nhiên, Sutter là một nguồn cực kỳ đáng tin cậy với tư cách là thành viên của Ủy ban, vì vậy anh ta biết "một quyết định thiết kế có chủ ý" khi anh ta nhìn thấy. Và ý tưởng yêu cầu tuyên bố công khai các phương thức riêng tư như một cách để tránh thay đổi ngữ nghĩa hoặc vô tình bị hỏng khả năng tiếp cận sau này có lẽ là lý do thuyết phục nhất. Rất may, vì toàn bộ điều này dường như khá vô nghĩa trước đây!

Có hai lý do để làm điều này.

Đầu tiên, nhận ra rằng trình xác định truy cập là dành cho trình biên dịch và không liên quan khi chạy. Truy cập một thành viên tư nhân ngoài phạm vi là một lỗi biên dịch .

Sự đồng tình

Hãy xem xét một hàm ngắn, một hoặc hai dòng. Nó tồn tại để giảm sự sao chép mã ở nơi khác, điều này cũng có lợi thế là có thể thay đổi cách thuật toán hoặc bất cứ thứ gì khác hoạt động ở một nơi thay vì nhiều (ví dụ thay đổi thuật toán sắp xếp).

Bạn có muốn có một hoặc hai dòng nhanh trong tiêu đề hoặc có nguyên mẫu hàm ở đó cộng với việc triển khai ở đâu đó không? Dễ dàng tìm thấy hơn trong tiêu đề và đối với các hàm ngắn, việc thực hiện riêng biệt sẽ dài hơn nhiều.

Có một lợi thế lớn khác, đó là ...

Hàm nội tuyến

Một chức năng riêng tư có thể có thể được nội tuyến và điều này nhất thiết đòi hỏi nó phải nằm trong tiêu đề. Xem xét điều này:

class A {
  private:
    inline void myPrivateFunction() {
      ...
    }

  public:
    inline void somePublicFunction() {
      myPrivateFunction();
      ...
    }
};

Chức năng riêng tư có thể được nội tuyến cùng với chức năng công cộng. Điều đó được thực hiện theo quyết định của nhà soạn nhạc, vì inlinetừ khóa về mặt kỹ thuật là một gợi ý , không phải là một yêu cầu.

Một lý do khác để có các phương thức riêng tư trong tệp tiêu đề: Có những trường hợp phương thức nội tuyến công khai không nhiều hơn gọi một hoặc một số phương thức riêng tư. Có các phương thức riêng tư trong tiêu đề có nghĩa là một cuộc gọi đến phương thức công khai hoàn toàn có thể được đặt vào mã thực tế của các phương thức riêng tư và nội tuyến không dừng với một cuộc gọi đến phương thức riêng tư. Ngay cả từ một đơn vị biên dịch khác nhau (và các phương thức công khai thường sẽ được gọi từ các đơn vị biên dịch khác nhau).

Tất nhiên, có lý do là trình biên dịch có thể phát hiện các vấn đề với độ phân giải quá tải nếu nó không biết tất cả các phương thức, kể cả các phương thức riêng tư.

Đó là cho phép các chức năng đó truy cập các thành viên tư nhân. Nếu không, bạn cần phải có friendchúng trong tiêu đề.

Nếu bất kỳ chức năng nào có thể truy cập các thành viên riêng của lớp thì riêng tư sẽ vô dụng.