C++之內部類（嵌套類）與外部類及友元

本人能力、精力有限，所言所感都基於自身的實踐和有限的閱讀、查閱，如有錯誤，歡迎拍磚，敬請賜教——博客園：錢智慧。

先上代碼：

class Outer
{
public:
    Outer(){m_outerInt=0;}
private:
    int m_outerInt;
public:
    //內部類定義開始
    class Inner
    {
    public:
        Inner(){m_innerInt=1;}
    private:
        int m_innerInt;
    public:
        void DisplayIn(){cout<<m_innerInt<<endl;}
    } ;
    //End內部類
public:
    void DisplayOut(){cout<<m_outerInt<<endl;}
};

int main()
{
    Outer out;
    Outer::Inner in;
    out.DisplayOut();
    in.DisplayIn();

    return 0;
}

如上面代碼所示，這種情況下，外部類與內部類其實聯系並不大，外部類無非僅僅限定了內部類類名的作用域范圍，完全可以加上Outer限定之后像使用任何其他類一樣來使用內部類，Outer於Inner而言僅僅是一種命名空間。

提問：上面代碼中，內部類（Inner）成員函數（比如DisplayIn）如何訪問外部類（Outer）數據成員呢？

答：問這個問題之前，先要明白一個事實：將來你是在一個Inner實例對象上調用Inner的成員函數的，而所謂的“訪問外部類數據成員”這種說法是不合理的，“外部類”及任何類，只是代碼而已，是一種說明，從內存的角度來講，程序運行起來之后，代碼存儲在代碼區，所以應該問“如何訪問外部類實例的數據成員”，如此，你得先有一個外部類實例（或者實例的指針），然后才能談訪問。

退一步講，如果你不管三七二十一，直接在Inner的DisplayIn方法里加上這樣一行：

m_outerInt=10;

然后你編譯、鏈接也都通過了（事實上這是不可能的），那么，在main函數中：

int main()
{
    Outer::Inner in;
    in.DisplayIn();

    return 0;
}

如果這樣你都能正常運行，天理何在？DisplayIn中的m_outerInt到底是哪個實例的數據？

所以，為了避免這樣荒唐的事情發生，語法層面就已經使得上述不可能發生：連編譯都不會通過。

提問：把上面代碼中的Inner設置為Outer的友元類之后，能解決問題嗎？

答：該提問者都不僅犯了第一個提問者的錯誤，還誤解了友元的含義。

友元舉例：

class Inner;

class Outer
{
public:
    Outer(){m_outerInt=0;}
private:
    int m_outerInt;
public:
    /*//內部類定義開始
    class Inner
    {
    public:
        Inner(){m_innerInt=1;}
    private:
        int m_innerInt;
    public:
        void DisplayIn(){cout<<m_innerInt<<endl;}
    } ;
    //End內部類*/
public:
    void DisplayOut(){cout<<m_outerInt<<endl;}
    friend Inner;
};
class Inner
{
public:
    Inner(){m_innerInt=1;}
private:
    int m_innerInt;
public:
    void DisplayIn(){cout<<m_innerInt<<endl;}
    //友元影響的函數
    void TestFriend(Outer out)
    {
        cout<<"Good Friend:"<<out.m_outerInt<<endl;
    }
} ;

int main()
{
    Outer out;
    out.DisplayOut();
    Inner in;
    in.DisplayIn();
    in.TestFriend(out);
    return 0;
}

內部類如果想達到友元訪問效果（直接通過實例或者實例指針來訪問實例的非公有成員），是不需要另外再聲明為friend的，原因不言自明：都已經是自己人了。

提問：內部類實例（作為外部類的數據成員）如何訪問外部類實例的成員呢？

見如下代碼：

#include <iostream>
#define METHOD_PROLOGUE(theClass, localClass) \
    theClass* pThis = ((theClass*)((char*)(this) - \
    offsetof(theClass, m_x##localClass))); \

using namespace std;

class Outer
{
public:
    Outer(){m_outerInt=0;}
private:
    int m_outerInt;
public:
    //內部類定義開始
    class Inner
    {
    public:
        Inner(){m_innerInt=1;}
    private:
        int m_innerInt;
    public:
        void DisplayIn(){cout<<m_innerInt<<endl;}
        // 在此函數中訪問外部類實例數據
        void setOut()
        {
            METHOD_PROLOGUE(Outer,Inner);
            pThis->m_outerInt=10;
        }
    } m_xInner;
    //End內部類
public:
    void DisplayOut(){cout<<m_outerInt<<endl;}
};

int main()
{
    Outer out;
    out.DisplayOut();
    out.m_xInner.setOut();
    out.DisplayOut();
    return 0;
}

看main函數：程序執行完main函數第一句后，內存中便有了一個數據塊，它存儲着out的數據，而m_xInner也在數據塊中，當然，&out和this指針（外部類）都指向該內存塊的起始位置，而內部類代碼中的this指針當然就指向m_xInner的起始內存了，offsetof(theClass, m_x##localClass)獲得的便是m_xInner在該內存塊中與該內存塊起始地址（這正是out的地址）的距離（偏移），即內部類this-外部類this的差值（以字節為單位）這樣，用內部類this減去其自身的偏移，便可得到pThis。有了out的地址，基本上可以對其為所欲為了，至於為何要有char*強轉，可以go to definition of offsetof，可以看到其實現中有個關於char的轉換。