面试题：C++ 类成员访问属性动态调整之专家难度

设计原理

元编程：利用C++的模板元编程（TMP）技术，在编译期生成代码。模板元编程允许我们在编译时进行计算和代码生成，这对于实现通用的机制非常有用。通过模板特化和递归，可以处理不同类型的成员。
运行时类型信息（RTTI）：RTTI提供了在运行时获取对象类型信息的能力。在C++中，typeid运算符和dynamic_cast运算符是RTTI的核心部分。我们可以利用typeid来获取对象的类型，进而在运行时动态地调整成员的访问属性。
访问属性调整：由于C++的访问控制是在编译期进行检查的，我们无法直接在运行时修改访问属性。但是，我们可以通过一些技巧来绕过这个限制。例如，使用指针或引用访问对象的成员，结合reinterpret_cast来绕过编译期的访问检查。

代码示例

#include <iostream>
#include <typeinfo>
#include <cassert>

// 辅助宏，用于获取成员变量的偏移量
#define OFFSET_OF(TYPE, MEMBER) static_cast<size_t>(&reinterpret_cast<const char&>(static_cast<const TYPE*>(nullptr)->MEMBER))

// 基类模板，用于标记
template<typename T>
struct AccessAdjuster {
    static void adjust(T*, const std::type_info&, size_t) {
        // 空实现，用于特化
    }
};

// 成员变量特化
template<typename CLASS, typename MEMBER_TYPE>
struct AccessAdjuster<CLASS, MEMBER_TYPE CLASS::*> {
    static void adjust(CLASS* obj, const std::type_info& memberType, size_t offset) {
        if (typeid(MEMBER_TYPE) == memberType) {
            MEMBER_TYPE* memberPtr = reinterpret_cast<MEMBER_TYPE*>(reinterpret_cast<char*>(obj) + offset);
            // 这里可以对成员进行操作，例如：
            *memberPtr = MEMBER_TYPE(); // 重置为默认值
        }
    }
};

// 成员函数特化
template<typename CLASS, typename RETURN_TYPE, typename... ARGS>
struct AccessAdjuster<CLASS, RETURN_TYPE(CLASS::*)(ARGS...)> {
    static void adjust(CLASS* obj, const std::type_info& memberType, size_t offset) {
        if (typeid(RETURN_TYPE(CLASS::*)(ARGS...)) == memberType) {
            RETURN_TYPE(CLASS::*funcPtr)(ARGS...) = reinterpret_cast<RETURN_TYPE(CLASS::*)(ARGS...)>(offset);
            // 这里可以调用成员函数，例如：
            (obj->*funcPtr)();
        }
    }
};

// 通用工具函数
template<typename CLASS, typename MEMBER_PTR>
void dynamicAccessAdjust(CLASS* obj, MEMBER_PTR memberPtr) {
    size_t offset = OFFSET_OF(CLASS, *memberPtr);
    AccessAdjuster<CLASS, MEMBER_PTR>::adjust(obj, typeid(memberPtr), offset);
}

// 示例类
class SampleClass {
private:
    int privateVar;
public:
    SampleClass() : privateVar(42) {}
    void publicFunction() {
        std::cout << "This is a public function." << std::endl;
    }
private:
    void privateFunction() {
        std::cout << "This is a private function." << std::endl;
    }
};

int main() {
    SampleClass obj;
    // 动态调整私有成员变量
    dynamicAccessAdjust(&obj, &SampleClass::privateVar);
    // 动态调整私有成员函数
    dynamicAccessAdjust(&obj, &SampleClass::privateFunction);
    // 调用公有成员函数
    obj.publicFunction();

    return 0;
}

代码说明

OFFSET_OF宏：用于获取成员变量在类中的偏移量。
AccessAdjuster模板类：基类模板提供了一个空的adjust函数，成员变量和成员函数的特化版本分别实现了对成员的访问和操作。
dynamicAccessAdjust函数：通用的工具函数，根据传入的成员指针，获取偏移量并调用AccessAdjuster的adjust函数。
SampleClass类：包含私有成员变量和函数，以及公有成员函数，用于测试动态访问调整。

通过这种方式，我们实现了一个通用机制，可以在运行时动态调整任意类的任意成员的访问属性。请注意，这种方法绕过了C++的访问控制机制，使用时需谨慎。

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