13

Есть учебное задание, в котором необходимо получить доступ к private-полям класса извне. struct Cls дана изначально. Я нагуглил что нужно создать копию структуры, но с public методами, а потом через нее стучаться в изначальную. Вопрос в том как это реализовать? Как можно вернуть ссылку на private поля?

struct Cls {
  Cls(char c, double d, int i);
  private:
      char c;
      double d;
      int i;
  };



 struct B {
  B(char c, double d, int i);
  public:
      char c1;
      double d1;
      int i1;
 };

// Эта функция должна предоставить доступ к полю c объекта cls.
// Обратите внимание, что возвращается ссылка на char, т. е.
// доступ предоставляется на чтение и запись.
char &get_c(Cls &cls) {

    return ((B*)(&cls))->c1 = 'p';

}

// Эта функция должна предоставить доступ к полю d объекта cls.
// Обратите внимание, что возвращается ссылка на double, т. е.
// доступ предоставляется на чтение и запись.
double &get_d(Cls &cls) {
    /* ... */
}

// Эта функция должна предоставить доступ к полю i объекта cls.
// Обратите внимание, что возвращается ссылка на int, т. е.
// доступ предоставляется на чтение и запись.
int &get_i(Cls &cls) {
    /* ... */
}

int main() {
    Cls cls('h', 2.0, 3);
    char ch = get_c(&cls);
    cout << ch << endl;
}
12
  • Это где ж такие учебные задания? Что Вам непонятно в приведенном коде?
    – user176262
    1 окт 2015 в 13:28
  • мне непонятно как получить ссылку на прайвэт поля первого класса, использую второй
    – advortsov
    1 окт 2015 в 13:43
  • 4
    #define private public
    – zenden2k
    1 окт 2015 в 14:02
  • @zenden2k: UB в чистом виде.
    – VladD
    1 окт 2015 в 14:20
  • @VladD, если весь код в одном файле, то точно никакого UB. Update: или это не к defiine'у относилось?
    – Qwertiy
    4 окт 2015 в 17:05

8 ответов 8

11

Вы не можете честным и надёжным путём получить доступ к приватным данным. Существуют грубые хаки, наподобие «угадать бинарный лэйаут данных и скастить указатель», которые прямо запрещены стандартом, и дают право компилятору наказать вас в любой момент.

Правильный ответ на вопрос, как получить доступ к приватным данным — никак. Ваш преподаватель либо задаёт вопрос с подвохом, либо плохо знает язык, который преподаёт.

Конкретно в вашем случае, код

(B*)(&cls)->c1

нарушает strict aliasing rule (правило 3.10/10 стандарта).

Дополнительное чтение по теме:


Окей, исходя из развернувшейся дискуссии в ответе @Vlad from Moscow, вопрос о доступе через указатель на «чужой» тип не так уж очевиден даже из стандарта. Как видите, мы покамест не пришли к общему мнению о том, правомерен ли такой доступ по стандарту. В любом случае, доступ к приватным полям — очень плохой стиль программирования, и даже если так возможно сделать, делать этого не нужно.


Обновление: Другие ответы: ([1], [2] и [3]) убедили меня в том, что к приватным полям таки можно получить доступ «законным» — то есть, совместимым со стандартом путём. (Впрочем, с трактовкой стандарта в последнем из них я не вполне согласен, но это лишь показывает, что сам по себе стандарт — достаточно большой и не очень ясно написанный текст.)

Тем не менее, любой из приведённых подходов кажется мне грубым хаком, и я бы крайне не рекомендовал пользоваться ими в production-коде. Думаю, будет поучительно, если вы отправите ссылку на это обсуждение вашему преподавателю.

11
  • В приведении указателя к другому типу нет UB. Оно есть в перемешанных обращениях к одним данным через указатели разных типов. В данном случае смешения нет, т. к. первое обращение по указателю нового типа (и его присваивание) делается после последнего по указателю старого. Правило отсутствие смешанных обращений направлено на кэширование значений - если ты меняешь через другой тип, то там значение может взяться из кэшированной копии и оказаться старым. И то компиляторы типа clang'а особо осторожно работают с явными кастами. В данном коде ничего подобного нет, т. е. он корректен и не содержит UB.
    – Qwertiy
    1 окт 2015 в 16:48
  • @Qwertiy: Мне кажется, что стандарт с вами не согласен. Насколько я понимаю стандарт, любое обращение к объекту через указатель несовместимого типа — UB.
    – VladD
    1 окт 2015 в 16:50
  • Кстати, ещё одна мысль. Если в структуре поле типа double и я обращаюсь к нему через указатель на тип double, то нарушения тоже нет, независимо от того, каким способом я получил этот указатель - хоть с клавиатуры ввёл.
    – Qwertiy
    1 окт 2015 в 16:50
  • @Qwertiy: Это да, но проблема не в этом, а в ->, стрелка вычисляет оффсет. В любом случае, если у вас найдётся ссылка на нужный пункт в стандарте, будет круто.
    – VladD
    1 окт 2015 в 16:51
  • Похоже, я не прав. blog.llvm.org/2011/05/what-every-c-programmer-should-know.html (доступна страница в кэше яндекса, оригинал у меня не открывается) Violating Type Rules: It is undefined behavior to cast an int* to a float* and dereference it (accessing the "int" as if it were a "float"). C requires that these sorts of type conversions happen through memcpy: using pointer casts is not correct and undefined behavior results. Но в любом случае, каст корректен, некорректно именно разыменование. Кстати, берём две структуры, делаем memcpy и получаем корректный код - это там явно написано.
    – Qwertiy
    1 окт 2015 в 16:57
8

Формально можно обмануть компилятор следующим образом

#include <iostream>

struct Cls {
  Cls(char c, double d, int i) : c( c ), d( d ), i( i ) {}
  private:
      char c;
      double d;
      int i;
  };



 struct B {
  B(char c, double d, int i) : c1( c ), d1( d ), i1( i ) {}
  public:
      char c1;
      double d1;
      int i1;
 };

char &get_c( Cls &cls ) 
{
    void *p = &cls;

    B *pb = static_cast<B *>( p );

    return pb->c1 = 'A';;
}


int main()
{
    Cls cls('h', 2.0, 3);
    char ch = get_c( cls) ;
    std::cout << ch << std::endl;

}    

Вывод программы на консоль:

A

Это совершенно корректный код, так как обе структуры являются layout-compatible и согласно стандарту C++ (3.9.2 Compound types)

  1. ...Pointers to cv-qualified and cv-unqualified versions (3.9.3) of layout-compatible types shall have the same value representation and alignment requirements (3.11).

Более подробно: 9.2 Class members:

16 Two standard-layout struct (Clause 9) types are layout-compatible if they have the same number of non-static data members and corresponding non-static data members (in declaration order) have layout-compatible types (3.9).

и 9 Classes:

7 A standard-layout class is a class that:

— has no non-static data members of type non-standard-layout class (or array of such types) or reference,

— has no virtual functions (10.3) and no virtual base classes (10.1),

— has the same access control (Clause 11) for all non-static data members,

— has no non-standard-layout base classes,

— either has no non-static data members in the most derived class and at most one base class with non-static data members, or has no base classes with non-static data members, and — has no base classes of the same type as the first non-static data member.

8 A standard-layout struct is a standard-layout class defined with the class-key struct or the class-key class. A standard-layout union is a standard-layout class defined with the class-key union

Вы также в main могли бы объявить ссылку на объект типа char. Вот более наглядная программа благодаря добавлению дружественного оператора вывода

#include <iostream>

struct Cls {
  Cls(char c, double d, int i) : c( c ), d( d ), i( i ) {}
  private:
      char c;
      double d;
      int i;
    friend std::ostream & operator << ( std::ostream &os, const Cls &cls )
    {
        return os << "c = " << cls.c << ", d = " << cls.d << ", i = " << cls.i;
    }        
  };



 struct B {
  B(char c, double d, int i) : c1( c ), d1( d ), i1( i ) {}
  public:
      char c1;
      double d1;
      int i1;
 };

char &get_c( Cls &cls ) 
{
    void *p = &cls;

    B *pb = static_cast<B *>( p );

    return pb->c1 = 'A';;
}


int main()
{
    Cls cls('h', 2.0, 3);
    char &ch = get_c( cls) ;
    std::cout << ch << std::endl;
    ch = 'B';

    std::cout << cls << std::endl;
Ъ

Ее вывод на консоль:

A
c = B, d = 2, i = 3
24
  • Эээ... pointer aliasing?
    – VladD
    1 окт 2015 в 13:51
  • @VladD Смотрите мой обновленный ответ. 1 окт 2015 в 14:14
  • Хм. Всю жизнь думал, что нельзя. Перечитаю стандарт.
    – VladD
    1 окт 2015 в 14:16
  • 1
    @VladD Я только что задал соответствующий вопрос на форуме по обсуждению стандарта C++. Так что подождем, что скажут в этом отношении специалисты со всего мира.:) Я сообщу о результатах. 1 окт 2015 в 15:10
  • 1
    @Александр Дворцов У вас же в исходном примере стоит следующее предложение return ((B*)(&cls))->c1 = 'p'; Я просто заменил 'p' нв 'A' для наглядности и возвратил ссылку на этот объект, которому только что было присвоено новое значение. 1 окт 2015 в 17:44
7

Легальный способ - это явная инстанциация шаблона.
Согласно [temp.explicit] p12:

Правила доступа не применяются к именам использованным при явных инстанциациях. [ Примечание: в частности, шаблонные аргументы и имена использованные при декларации функции (...) могут быть приватными типами или членами, которые обычно не были бы доступны, и шаблон может быть шаблоном функции-члена класса, которая обычно не была бы доступна. — конец примечания ]

Это можно использовать следующим способом:
Допустим у нас есть класс

class Cls {
public:
    Cls() : i(42) {}
    virtual ~Cls() {}
private:
    int i;
};

Тип указателя на член класса i выглядит как:

typedef int Cls::* mem_ptr_t;

Напишем шаблонный класс, принимающий шаблонный параметр mem_ptr_t и сохраняюший его в глобальную переменную g_mem_ptr:

mem_ptr_t g_mem_ptr;

template<mem_ptr_t P>
class Helper {
    static bool b;
};

template<mem_ptr_t P>
bool Helper<P>::b = (g_mem_ptr = P, false);
//             оператор "запятая" ^

Теперь мы можем инстанциировать Helper<&Cls::i>, и в g_mem_ptr окажется указатель на нужный нам член класса:

template class Helper<&Cls::i>;

int main() {
    Cls obj;
    int& i = obj.*g_mem_ptr;
    std::cout << i << '\n';
}

>>> Код полностью <<<

"Библиотечная" версия, для любых классов и членов класса выглядит примерно так:
http://coliru.stacked-crooked.com/a/4d4f64adc7a36ab9

14
  • Огого! Стандарты C++ темны и непонятны. Ужас. А как вы оцениваете более простой идеологически метод Qwertiy?
    – VladD
    3 окт 2015 в 14:37
  • Это-то я понимаю. Вроде бы нарушения нету, т. к. фиктивный класс используется лишь для получения offsetof, а разыменовывается только double*. Вопрос в том, имеем ли мы право разыменонвывать double*, который указывает на поле? То есть, совместимость double Class::* с double*.
    – VladD
    3 окт 2015 в 15:47
  • Кслассный способ :)
    – Qwertiy
    3 окт 2015 в 16:23
  • @VladD, а почему бы нам не иметь такого права? Если бы он был public, то мы могли бы передавать указатель на него в функцию, принимающую указатель на double. Это по сути и есть double - это же не метод, где часть типа с классом прячет передачу this, это просто значение.
    – Qwertiy
    3 окт 2015 в 16:25
  • 1
    А что-то более приемлемое, без глобальной переменной, возможно? Но, в любом случае, великолепный пример, почему не нужно использовать C++.
    – avp
    3 окт 2015 в 16:51
3

http://ideone.com/gTyt2Q

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>

struct cls
{
  public:
    cls(char c, double d, int i) : c(c), d(d), i(i) {}
  private:
    char c;
    double d;
    int i;
};

struct copy
{
  public:
    copy(char c, double d, int i);
  public:
    char c;
    double d;
    int i;
};

int main(void)
{
  cls x('1', 2.5, 3);

  printf
  (
    "%c %f %d\n", 
    *(char*)((void*)&x + offsetof(copy, c)),
    *(double*)((void*)&x + offsetof(copy, d)),
    *(int*)((void*)&x + offsetof(copy, i))
  );

  return 0;
}

Вроде бы в комментариях пришли к выводу, что этот код не содержит UB, поскольку:

  • Структуры с одинаковым набором и последовательностью полей имеют одинаковое внутреннее представление.
  • Приведение указателя к другому типу не является UB до тех пор, пока не делается его разыменование. Кроме того, в данном коде приведение делается только к void*.
  • Добавление смещения к адресу структуры даёт указатель на её поле.
  • Указатель на поле приводится к корректному типу, поэтому его разыменование не приводит к UB.
2
  • Может, прибавите пару слов про standard compilance?
    – VladD
    1 окт 2015 в 17:23
  • @VladD, написал.
    – Qwertiy
    1 окт 2015 в 17:27
0

А можно и без функций для доступа (и для разнообразия, а то что-то все про union забыли).

int main (int ac, char *av[]) {
  union u {
    struct Cls hidden;
    struct B   B;
  } *up;


  Cls cls('h', 2.0, 3);
  B b('A', 3.14, 10);
  up = (union u *)&cls;

  cout << up->B.c1 << ' ' << up->B.d1 << ' ' << up->B.i1 << '\n';
  up->B = b;
  cout << up->B.c1 << ' ' << up->B.d1 << ' ' << up->B.i1 << '\n';

}

Результат

avp@avp-ubu1:hashcode$ g++ c.cpp -std=c++11
avp@avp-ubu1:hashcode$ ./a.out 
h 2 3
A 3.14 10
avp@avp-ubu1:hashcode$ 

Если же использовать -std=gnu++11, то union можно сделать безымянным, а приведение типа up = (typeof(up))&cls; вот так.

4
  • Так всё равно ж UB. Из union по стандарту можно читать вроде только то, что туда фактически положено. (Трюки для превращения double в байты не соответствуют стандарту.)
    – VladD
    1 окт 2015 в 17:15
  • @VladD, ну ведь на практике это работает. А где не заработает, там надо либо сменить компилятор, либо ... придумать что-нибудь еще (по обстановке). Все равно ведь абсолютная переносимость программ это нечто идеальное (вроде коммунизма)
    – avp
    1 окт 2015 в 17:20
  • Ну, это на gcc. Плюс если там реально UB, то в любой момент (то есть в любой новой версии компилятора) оптимизатор может броситься на амбразуру грудью и снести всю функцию.
    – VladD
    1 окт 2015 в 17:22
  • @VladD, в таком случае придется вспомнить ассемблер -)
    – avp
    1 окт 2015 в 17:27
0

Вам нужно применить паттерн "Паблик Морозов"

#define private public
#define protected public
#include "your class header.h"
#undef private
#undef protected

После такого подключения все закрытые поля класса, объявленного в Yourclass header.h станут пабликами.

1
  • почему-то не сработало в Xcode 5 окт 2017 в 7:01
0
class A
{
#ifdef BOOST_TEST_MODULE
public:
#endif
0

Уже, наверное, неактуально, но всё же оставлю здесь свой вариант)

#include <iostream>
using namespace std;
class lol
{
    int x;
public:
    lol()
    {
        x = 5;
    }
    void pr()
    {
        cout << x << endl;
    }
};

int main()
{
    lol big;
    big.pr();
    int* x = reinterpret_cast<int*>(&big);
    cout << *x << endl;
    return 0;
}

пробежался по ответам, reinterpret_cast нигде не увидел

Ваш ответ

Нажимая на кнопку «Отправить ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями использования и подтверждаете, что прочитали и поняли наши политику конфиденциальности и нормы поведения.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.