为何派生类无法访问基类的protected成员？

我原本以为基类的protected成员可以被派生类任意访问，但实际编译报错。代码如下：

template <typename T>
class SharedPointer
{
protected:
    explicit SharedPointer(T* const ptr) : ptr(ptr) {}

public:
    constexpr SharedPointer() : ptr(nullptr) { }

protected:
    T* ptr; 
};

template <typename T>
class WeakPointer : public SharedPointer<T>
{
protected:
    using parent_t = SharedPointer<T>;
    WeakPointer(T* ptr) : parent_t(ptr) {   }
public:
    WeakPointer(const WeakPointer& other)
    {
    }
    WeakPointer(WeakPointer&& other) = delete;
    WeakPointer(const SharedPointer<T>& other)
    {
        this->ptr = other.ptr;
    }    
};

int main()
{
    SharedPointer<int> sp;
    WeakPointer<int> wp = sp;
}

遇到的错误：

SharedPointer<int>::ptr: cannot access protected member declared in class SharedPointer<int>

请问问题出在哪里？

问题根源 #

C++中protected成员的访问规则并非“派生类可以访问所有基类对象的protected成员”，而是派生类仅能访问自身继承而来的基类子对象的protected成员，无法访问其他独立存在的基类对象的protected成员。

在你的代码中，WeakPointer的构造函数WeakPointer(const SharedPointer<T>& other)里，other是一个独立的SharedPointer对象，并非当前WeakPointer对象继承的基类部分。此时直接访问other.ptr违反了protected成员的访问权限规则，因此编译器报错。

修正方案 #

方案1：给基类添加protected访问接口 #

在SharedPointer中添加一个protected成员函数，用于获取ptr，这样派生类就能合法调用该接口来获取其他基类对象的指针：

template <typename T>
class SharedPointer
{
protected:
    explicit SharedPointer(T* const ptr) : ptr(ptr) {}

public:
    constexpr SharedPointer() : ptr(nullptr) { }

protected:
    T* ptr;
    // 添加protected访问接口
    T* get_ptr() const { return ptr; }
};

然后修改WeakPointer的构造函数：

WeakPointer(const SharedPointer<T>& other)
{
    this->ptr = other.get_ptr();
}

方案2：将派生类声明为基类的友元 #

如果需要直接访问ptr，可以在SharedPointer中声明WeakPointer为友元，但这种方式会破坏类的封装性，需谨慎使用：

template <typename T>
class SharedPointer
{
    // 声明友元
    template <typename U>
    friend class WeakPointer;

protected:
    explicit SharedPointer(T* const ptr) : ptr(ptr) {}

public:
    constexpr SharedPointer() : ptr(nullptr) { }

protected:
    T* ptr; 
};

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Zebrafish