C++: 友元函数和友元类详解

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好儿郎_志在四方 2022-12-09 16:04:41 博主文章分类：编程技巧

问题的提出

　　我们已知道类具备封装和信息隐藏的特性。只有类的成员函数才能访问类的私有成员，程式中的其他函数是无法访问私有成员的。非成员函数能够访问类中的公有成员，但是假如将数据成员都定义为公有的，这又破坏了隐藏的特性。另外，应该看到在某些情况下，特别是在对某些成员函数多次调用时，由于参数传递，类型检查和安全性检查等都需要时间开销，而影响程式的运行效率。

　　为了解决上述问题，提出一种使用友元的方案。友元是一种定义在类外部的普通函数，但他需要在类体内进行说明，为了和该类的成员函数加以区别，在说明时前面加以关键字friend。友元不是成员函数，但是他能够访问类中的私有成员。友元的作用在于提高程式的运行效率，但是，他破坏了类的封装性和隐藏性，使得非成员函数能够访问类的私有成员。

　　友元能够是个函数，该函数被称为友元函数；友元也能够是个类，该类被称为友元类。

　　友元函数

　　友元函数的特点是能够访问类中的私有成员的非成员函数。友元函数从语法上看，他和普通函数相同，即在定义上和调用上和普通函数相同。下面举一例子说明友元函数的应用。

#include 
　　#include 

　　class Point
　　{
　　public:
　　　　Point(double xx, double yy) { x=xx; y=yy; }
　　　　void Getxy();
　　　　friend double Distance(Point &a, Point &b);
　　private:
　　　　double x, y;
　　};

　　void Point::Getxy()
　　{
　　cout<<"("<<<","<<<")"<< FONT>
　　}

　　double Distance(Point &a, Point &b)
　　{
　　double dx = a.x - b.x;
　　double dy = a.y - b.y;
　　return sqrt(dx*dx+dy*dy);
　　}

　　void main()
　　{
　　Point p1(3.0, 4.0), p2(6.0, 8.0);
　　p1.Getxy();
　　p2.Getxy();
　　double d = Distance(p1, p2);
　　cout<<"Distance is"<<< FONT>
　　}

　　说明：在该程式中的Point类中说明了一个友元函数Distance()，他在说明时前边加friend关键字，标识他不是成员函数，而是友元函数。他的定义方法和普通函数定义相同，而不同于成员函数的定义，因为他无需指出所属的类。但是，他能够引用类中的私有成员，函数体中 a.x，b.x，a.y，b.y都是类的私有成员，他们是通过对象引用的。在调用友元函数时，也是同普通函数的调用相同，不要像成员函数那样调用。本例中，p1.Getxy()和p2.Getxy()这是成员函数的调用，要用对象来表示。而Distance(p1, p2)是友元函数的调用，他直接调用，无需对象表示，他的参数是对象。(该程式的功能是已知两点坐标，求出两点的距离。)

　　友元类

采用类的机制后实现了数据的隐藏与封装，类的数据成员一般定义为私有成员，成员函数一般定义为公有的，依此提供类与外界间的通信接口。但是，有时需要定义一些函数，这些函数不是类的一部分，但又需要频繁地访问类的数据成员，这时可以将这些函数定义为该函数的友元函数。除了友元函数外，还有友元类，两者统称为友元。友元的作用是提高了程序的运行效率（即减少了类型检查和安全性检查等都需要时间开销），但它破坏了类的封装性和隐藏性，使得非成员函数可以访问类的私有成员。
友元函数：
      友元函数是可以直接访问类的私有成员的非成员函数。它是定义在类外的普通函数，它不属于任何类，但需要在类的定义中加以声明，声明时只需在友元的名称前加上关键字friend，其格式如下：
      friend 类型函数名(形式参数);

      友元函数的声明可以放在类的私有部分，也可以放在公有部分，它们是没有区别的，都说明是该类的一个友元函数。
      一个函数可以是多个类的友元函数，只需要在各个类中分别声明。
      友元函数的调用与一般函数的调用方式和原理一致。

友元类：
      友元类的所有成员函数都是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的隐藏信息（包括私有成员和保护成员）。
      当希望一个类可以存取另一个类的私有成员时，可以将该类声明为另一类的友元类。定义友元类的语句格式如下：
      friend class 类名;
      其中：friend和class是关键字，类名必须是程序中的一个已定义过的类。

      例如，以下语句说明类B是类A的友元类：

class A
      {
             …
      public:
             friend class B;
             …
      };

      经过以上说明后，类B的所有成员函数都是类A的友元函数，能存取类A的私有成员和保护成员。

      使用友元类时注意：
(1) 友元关系不能被继承。
            (2) 友元关系是单向的，不具有交换性。若类B是类A的友元，类A不一定是类B的友元，要看在类中是否有相应的声明。
            (3) 友元关系不具有传递性。若类B是类A的友元，类C是B的友元，类C不一定是类A的友元，同样要看类中是否有相应的申明