面试题：C++通过模板元编程访问类非公有成员的设计与实现

Question

使用C++的模板元编程技术，设计一种机制来访问类的非公有成员。要求实现一个通用的模板类或模板函数，在不破坏类的封装性前提下，能够以类型安全的方式访问不同类的非公有成员。详细说明设计思路、模板元编程的关键技术点以及如何处理不同类型的非公有成员访问。

Answer 1

设计思路

1. 利用友元关系：在目标类中将访问非公有成员的模板类或函数声明为友元，这样就获得了访问非公有成员的权限。
2. 模板元编程：通过模板参数来传递目标类的类型以及要访问的非公有成员的信息，实现通用的访问机制。

模板元编程关键技术点

1. 模板参数推导：准确推导目标类类型以及非公有成员的相关信息，如成员函数指针、成员变量指针等。
2. 编译期计算：在编译期确定访问的正确性和类型安全性，避免运行时错误。

处理不同类型非公有成员访问

1. 成员变量：通过模板参数传递成员变量指针，在模板类或函数中使用指针来访问成员变量。
2. 成员函数：通过模板参数传递成员函数指针，在模板类或函数中使用函数指针来调用成员函数。

以下是一个简单示例：

template <typename T, typename MemberType, MemberType T::*memberPtr>
class Accessor {
public:
    static MemberType get(T& obj) {
        return obj.*memberPtr;
    }
};

class MyClass {
private:
    int privateVar;
public:
    MyClass(int val) : privateVar(val) {}
    // 声明Accessor为友元
    template <typename T, typename MemberType, MemberType T::*memberPtr>
    friend class Accessor;
};

int main() {
    MyClass obj(42);
    // 使用Accessor访问非公有成员
    int value = Accessor<MyClass, int, &MyClass::privateVar>::get(obj);
    return 0;
}

在这个示例中，Accessor 模板类通过模板参数 T 确定目标类类型，MemberType 确定非公有成员类型，memberPtr 确定要访问的具体成员。通过将 Accessor 声明为 MyClass 的友元，实现了以类型安全的方式访问非公有成员变量 privateVar。对于成员函数的访问类似，只是将成员变量指针替换为成员函数指针，并进行相应的函数调用操作。