Leveldb 编译错误背后的C++标准变化

在编译 Levedb 时，我遇到了这个错误：

g++ -c -I. -I./include -fno-builtin-memcmp -DLEVELDB_PLATFORM_POSIX -pthread -DOS_LINUX -O2 -DNDEBUG db/version_set.cc -o db/version_set.o
db/version_set.cc: In member function `void leveldb::VersionSet::Builder::Apply(leveldb::VersionEdit*)':
./db/version_edit.h:100: error: `std::vector, std::allocator > > leveldb::VersionEdit::compact_pointers_' is private
db/version_set.cc:461: error: within this context
...

在网上容易搜到解决方案，由于归根结底是访问控制问题，方法是把所有涉及到的的 private 变量或类型修改为 public。由于不是所有的编译器都会报错，我就很好奇产生这个错误的根本原因。

BTW: 一种不修改代码的 work around 方法是，在编译这个文件时加上 -fno-access-control 参数，这样 g++ 就不会进行访问控制检查，自然也就没问题了。这个参数同样可以用于对 private 成员函数进行单元测试。

简单地分析一下这个错误。发生错误的地方是在 VersionSet::Builder 这个类的成员函数中，而错误则是其成员函数无法访问 VersionEdit 和 Version 类的私有成员变量。VersionSet 是 VersionEdit 和 Version 类的友元类，Builder 是 VersionSet 的嵌套类。简化一下，代码如下所示：

class VersionSet;

class VersionEdit {
    friend class VersionSet;
    static int compact_pointers_;
};

class VersionSet {
    class Builder {
        int foo()
        {  
            return VersionEdit::compact_pointers_;
        }  
    }; 
};

把这段代码拿给编译器去编译，g++ 3.4.4/5 会报类似的 `int VersionEdit::compact_pointers_' is private 错误，但是 g++ 4.5.3 则能够编译通过。

由于 VersionSet 是 VersionEdit 的友元类，那么 VersionSet 是能够访问 VersionEdit 私有成员的，这样问题就集中在 Builder 是否能够获得与 VersionEdit 的友元关系。如果语法规定嵌套类 Builder 能够从 VersionSet “获得”友元关系，那么 Builder就能够访问 VersionEdit::compact_pointers_，反之就不能访问。

在 C++98 标准中，关于嵌套类的权限有如下描述：

$11.8/1 [class.access.nest],

The members of a nested class have no special access to members of an enclosing class, nor to classes or functions that have granted friendship to an enclosing class; the usual access rules (clause 11) shall be obeyed. The members of an enclosing class have no special access to members of a nested class; the usual access rules (clause 11) shall be obeyed.

Example:

class E {
    int x;
    class B { };
    class I {
        B b;                 // error: E::B is private
        int y;
        void f(E* p, int i) {
           p->x = i;         // error: E::x is private
        }
   };
   int g(I* p)
   {
       return p->y;          // error: I::y is private
   }
};

但是在 C++11 中，这段描述变更为：

$11.7/1 Nested classes [class.access.nest]

A nested class is a member and as such has the same access rights as any other member. The members of an enclosing class have no special access to members of a nested class; the usual access rules (Clause 11) shall be obeyed.

Example:

class E {
    int x;
    class B { };
    class I {
        B b;                  // OK: E::I can access E::B
        int y;
        void f(E* p, int i) {
            p->x = i;         // OK: E::I can access E::x
        }  
    }; 
    int g(I* p) {
        return p->y;          // error: I::y is private
    }  
};

从上面的描述和示例代码对比中我们可以明显看出，在旧标准中嵌套类和“被嵌套类”没有什么特殊的关系，就像两个普通类一样；但是在新标准中嵌套类已经完全视为“被嵌套类”的成员，那么自然也获得了“被嵌套类”成员应该有的访问控制权限。这也就意味着“被嵌套类”的普通成员拥有的访问“被友元类”私有成员变量的权限，嵌套类也能够获得，那么 Leveldb 在新版本的编译器下能够编译通过也不足为奇了。

不过 gcc3.4 的编译错误问题还不能单单归究于标准的变化。因为 gcc3.4 已经能够支持嵌套类访问“被嵌套类”的私有成员（因为在很早以前这就被确认为一个缺陷），只是不能够支持友元关系到嵌套类的传递。友元关系的传递可能是在 4.1 或者 4.2 版本中实现的，应该属于上述标准变化的衍生特性。