c++友元函數與友元類的深入解析

2020-01-26 15:59:26

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友元函數和友元類的需要：
類具有封裝和信息隱藏的特性。只有類的成員函數才能訪問類的私有成員，程序中的其他函數是無法訪問私有成員的。非成員函數可以訪問類中的公有成員，但是如果將數據成員都定義為公有的，這又破壞了隱藏的特性。另外，應該看到在某些情況下，特別是在對某些成員函數多次調用時，由于參數傳遞，類型檢查和安全性檢查等都需要時間開銷，而影響程序的運行效率。

為了解決上述問題，提出一種使用友元的方案。友元是一種定義在類外部的普通函數，但它需要在類體內進行說明，為了與該類的成員函數加以區別，在說明時前面加以關鍵字friend。友元不是成員函數，但是它可以訪問類中的私有成員。友元的作用在于提高程序的運行效率，但是，它破壞了類的封裝性和隱藏性，使得非成員函數可以訪問類的私有成員。
友元可以是一個函數，該函數被稱為友元函數；友元也可以是一個類，該類被稱為友元類。

友元函數
友元函數的特點是能夠訪問類中的私有成員的非成員函數。友元函數從語法上看，它與普通函數一樣，即在定義上和調用上與普通函數一樣。下面舉一例子說明友元函數的應用。

復制代碼代碼如下:

#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標識它是友元函數，而不是成員函數，
};
void Point::Getxy()
{
 cout<<"("<<x<<","<<y<<")"<<endl;
}
double Distance(Point &a, Point &b) 
{
 double dx = a.x - b.x;  //可以訪問類中的私有成員
 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();    //調用成員函數
 p2.Getxy();
 double d = Distance(p1, p2);  //調用友元函數時，也是同普通函數的調用一樣，不要像成員函數那樣調用
 cout<<"The distance is "<<d<<endl;
 system("pause");
 return 0;
}

說明：在該程序中的Point類中說明了一個友元函數Distance()，它在說明時前邊加friend關鍵字，標識它不是成員函數，而是友元函數。它的定義方法與普通函數定義一樣，而不同于成員函數的定義，因為它不需要指出所屬的類。但是，它可以引用類中的私有成員，函數體中 a.x，b.x，a.y，b.y都是類的私有成員，它們是通過對象引用的。在調用友元函數時，也是同普通函數的調用一樣，不要像成員函數那樣調用。本例中，p1.Getxy()和p2.Getxy()這是成員函數的調用，要用對象來表示。而Distance(p1, p2)是友元函數的調用，它直接調用，不需要對象表示，它的參數是對象。

友元類
友元除了前面講過的函數以外，友元還可以是類，即一個類可以作另一個類的友元。當一個類作為另一個類的友元時，這就意味著這個類的所有成員函數都是另一個類的友元函數。
使用友元類時注意：
(1) 友元關系不能被繼承。
(2) 友元關系是單向的，不具有交換性。若類B是類A的友元，類A不一定是類B的友元，要看在類中是否有相應的聲明。
(3) 友元關系不具有傳遞性。若類B是類A的友元，類C是B的友元，類C不一定是類A的友元，同樣要看類中是否有相應的申明
C中聲明A是其友元類，那么最基本的就是A可以使用C中的private方法或者對象。
可見，A是B的基類，C是D的基類。ABCD中就有如下關系：
1.B新增的方法不能訪問Ｃ的私有成員
2.B從Ａ繼承而來的方法可以訪問Ｃ的私有成員
3.A只能訪問D中從C中繼承而來的私有成員，D中新增的私有成員不能訪問！

總結起來：
(1)友元關系不可以繼承，但對已有的方法來說訪問權限不改變。
(2)如果改寫基類的方法則訪問權限改變
(3)友元關系不具有傳遞性
若類B是類A的友元，類C是B的友元，類C不一定是類A的友元

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