为何GCC允许嵌套类友元函数访问外部类私有成员，MSVC却不允许？

这段代码能在GCC中正常编译构建，但在MSVC里会编译失败。看起来GCC允许嵌套类中的友元函数访问外部类的私有成员，而MSVC不允许，这背后的原因是什么？

template <typename T>
class Outer
{
public:
  struct Inner {
    friend bool operator==(const Inner& a, const Inner& b) {
      return a.outer_.private_member_ == b.outer_.private_member_;
    }
    // 取消注释后两个编译器均能正常编译
//    bool operator==(const Inner& other) {
//      return outer_.private_member_ == other.outer_.private_member_;
//    }
   private:
    Outer<T>& outer_;
  };
  friend struct Iterator;

  private:
  int private_member_;
};

bool test(Outer<int>::Inner A, Outer<int>::Inner B)
{
    return A == B;
}

原因解析 #

核心问题出在C++标准对嵌套类成员和友元的访问权限规定上：

• 嵌套类（这里的Inner）属于外部类（Outer）的成员，所以嵌套类的成员函数天然有权限访问外部类的所有私有/保护成员，这也是为什么你注释掉的那版成员函数形式的operator==在两个编译器里都能正常编译的原因。
• 但友元函数不是嵌套类的成员，它只是被嵌套类授予了访问嵌套类私有成员的权限。除非外部类明确把这个友元函数也声明为自己的友元，否则它没有权限访问外部类的私有成员。

GCC在这里做了非标准的扩展，默认允许嵌套类的友元函数访问外部类的私有成员；而MSVC严格遵循了C++标准的要求，所以会编译报错。

修正方案 #

如果要让代码在两个编译器都能正常运行，可以选下面任意一种方式：

1. 把operator==改为Inner的成员函数（就是你注释掉的那版）；
2. 在Outer类中也把这个operator==声明为友元：

template <typename T>
class Outer
{
public:
  struct Inner {
    friend bool operator==(const Inner& a, const Inner& b);
    // ... 其他代码
  };
  // 给外部类也加友元声明
  friend bool operator==(const typename Outer<T>::Inner& a, const typename Outer<T>::Inner& b);
  // ... 其他代码
};

// 在外定义operator==
template <typename T>
bool operator==(const typename Outer<T>::Inner& a, const typename Outer<T>::Inner& b) {
  return a.outer_.private_member_ == b.outer_.private_member_;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Oliver Hawker