面试题：C++复杂模板与友元类作用范围的深度剖析

Question

设计一个C++模板类TemplateClass，在模板类中定义一个私有成员函数privateFunc。再定义一个非模板友元类FriendClass，使其能够访问TemplateClass实例化对象的privateFunc。请详细说明在模板实例化过程中，友元类作用范围的界定和可能遇到的问题，以及如何解决这些问题。

Answer 1

#include <iostream>

template <typename T>
class TemplateClass {
private:
    void privateFunc() {
        std::cout << "This is privateFunc in TemplateClass." << std::endl;
    }

    friend class FriendClass;
};

class FriendClass {
public:
    template <typename T>
    void accessPrivateFunc(TemplateClass<T>& obj) {
        obj.privateFunc();
    }
};

友元类作用范围的界定

1. 友元声明：在TemplateClass模板类中，通过friend class FriendClass;声明FriendClass为友元类，这使得FriendClass的所有成员函数可以访问TemplateClass实例化对象的私有成员（包括privateFunc）。
2. 作用范围：友元关系是针对具体的模板实例化类型而言的。例如，TemplateClass<int>实例化后的对象，FriendClass可以访问其私有成员；而TemplateClass<double>实例化后的对象，同样可以被FriendClass访问私有成员。这是因为友元声明是针对整个TemplateClass模板类，而不是针对特定的实例化类型分别声明。

可能遇到的问题及解决方法

1. 问题：如果FriendClass也定义为模板类，如template <typename U> class FriendClass，并且希望它能访问TemplateClass的私有成员，那么在TemplateClass中的友元声明就需要修改为template <typename U> friend class FriendClass;。这种情况下，FriendClass的不同实例化（如FriendClass<int>和FriendClass<double>）只能访问对应TemplateClass相同类型实例化（如TemplateClass<int>和TemplateClass<double>）的私有成员，可能与原需求不符。
2. 解决方法：保持FriendClass为非模板类，像上述代码实现的那样，这样一个FriendClass可以访问TemplateClass任何类型实例化对象的私有成员。同时，在FriendClass的成员函数中通过模板参数来接受不同类型的TemplateClass实例化对象，如accessPrivateFunc函数模板。这样既满足了FriendClass作为非模板类访问TemplateClass私有成员的需求，又能处理不同类型的TemplateClass实例化对象。