c++友元函数与友元类的深入解析

2020-01-26 15:59:26

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供稿：网友

友元函数和友元类的需要：
类具有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，程序中的其他函数是无法访问私有成员的。非成员函数可以访问类中的公有成员，但是如果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，而影响程序的运行效率。

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，但它需要在类体内进行说明，为了与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，但是它可以访问类中的私有成员。友元的作用在于提高程序的运行效率，但是，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。
友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，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，它与普通函数一样，即在定义上和调用上与普通函数一样。下面举一例子说明友元函数的应用。

复制代码代码如下:

#include "iostream"
#include "cmath"
using namespace std;
class Point
{
private:
 double x,y;
public:
 Point(double xx, double yy) { x=xx; y=yy; }
 void Getxy();
 friend double Distance(Point &a, Point &b);  //friend标识它是友元函数，而不是成员函数，
};
void Point::Getxy()
{
 cout<<"("<<x<<","<<y<<")"<<endl;
}
double Distance(Point &a, Point &b) 
{
 double dx = a.x - b.x;  //可以访问类中的私有成员
 double dy = a.y - b.y;
 return sqrt(dx*dx+dy*dy);
}
int main(void)
{
 Point p1(3.0, 4.0), p2(6.0, 8.0);
 p1.Getxy();    //调用成员函数
 p2.Getxy();
 double d = Distance(p1, p2);  //调用友元函数时，也是同普通函数的调用一样，不要像成员函数那样调用
 cout<<"The distance is "<<d<<endl;
 system("pause");
 return 0;
}

说明：在该程序中的Point类中说明了一个友元函数Distance()，它在说明时前边加friend关键字，标识它不是成员函数，而是友元函数。它的定义方法与普通函数定义一样，而不同于成员函数的定义，因为它不需要指出所属的类。但是，它可以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，它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一样，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，它直接调用，不需要对象表示，它的参数是对象。

友元类
友元除了前面讲过的函数以外，友元还可以是类，即一个类可以作另一个类的友元。当一个类作为另一个类的友元时，这就意味着这个类的所有成员函数都是另一个类的友元函数。
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
C中声明A是其友元类，那么最基本的就是A可以使用C中的private方法或者对象。
可见，A是B的基类，C是D的基类。ABCD中就有如下关系：
1.B新增的方法不能访问Ｃ的私有成员
2.B从Ａ继承而来的方法可以访问Ｃ的私有成员
3.A只能访问D中从C中继承而来的私有成员，D中新增的私有成员不能访问！

总结起来：
(1)友元关系不可以继承，但对已有的方法来说访问权限不改变。
(2)如果改写基类的方法则访问权限改变
(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

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