C++ 友元函数

1、为什么要引入友元函数：在实现类之间数据共享时，减少系统开销，提高效率

c++利用friend修饰符，可以让一些你设定的函数能够对这些保护数据进行操作，避免把类成员全部设置成public，最大限度的保护数据成员的安全。

      具体来说：为了使其他类的成员函数直接访问该类的私有变量

      即：允许外面的类或函数去访问类的私有变量和保护变量，从而使两个类共享同一函数（友元函数不是类的成员函数，是普通函数）

      优点：能够提高效率，表达简单、清晰

      缺点：友元函数破环了封装机制，尽量使用成员函数，除非不得已的情况下才使用友元函数。

2、什么时候使用友元函数：

      1)运算符重载的某些场合需要使用友元。

      2)两个类要共享数据的时候

3、怎么使用友元函数：

友元函数的参数：

       因为友元函数没有this指针，则参数要有三种情况：

       1、  要访问非static成员时，需要对象做参数；--常用(友元函数常含有参数)

       2、  要访问static成员或全局变量时，则不需要对象做参数

       3、  如果做参数的对象是全局对象，则不需要对象做参数

友元函数的位置：

       因为友元函数是类外的函数，所以它的声明可以放在类的私有段或公有段且没有区别。

友元函数的调用：

       可以直接调用友元函数，不需要通过对象或指针

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。

 

根据这个函数的来源不同，可以分为三种方法：

1、普通函数友元函数：

       a) 目的：使普通函数能够访问类的友元

       b) 语法：声明位置：公有私有均可，常写为公有

                        声明： friend + 普通函数声明

                        实现位置：可以在类外或类中

                        实现代码：与普通函数相同（不加不用friend和类::）

                        调用：类似普通函数，直接调用

       c) 代码：        

class INTEGER
{  
private:
    int num;
public:
    friend void Print(const INTEGER& obj);//声明友元函数
};
void Print(const INTEGER& obj)     //不使用friend和类：：
{
    //函数体
}
void main()
{
    INTEGER obj;
    Print(obj);//直接调用
}

2、类Y的所有成员函数都为类X友元函数—友元类

      a）目的：使用单个声明使Y类的所有函数成为类X的友元

                        它提供一种类之间合作的一种方式，使类Y的对象可以具有类X和类Y的功能

                        具体来说：

                                前提：A是B的友元（=》A中成员函数可以访问B中有所有成员，包括私有成员和公有成员--老忘）

                                    则：在A中，借助类B，可以直接使用～B . 私有变量～的形式访问私有变量

      b）语法：声明位置：公有私有均可，常写为私有(把类看成一个变量)

                        声明： friend + 类名---不是对象啊

                        调用：

      c）代码：

#include <iostream>
using namespace std;
class girl
{  
private:
    char *name;  
    int age;  
    friend class  boy;   //声明类boy是类girl的友元
public:
    girl(char *n,int age):name(n),age(age){};
};  

class boy
{  
private:
    char *name;  
    int age;  
public:  
    boy(char *n,int age):name(n),age(age){};
    void disp(girl &);   
};  

void boy::disp(girl &x)       //  该函数必须在girl类定义的后面定义，否则girl类中的私有变量还是未知的    
{ 
    cout<<"boy's name is:"<<name<<",age:"<<age<<endl;
    cout<<"girl's name is:"<<x.name<<",age:"<<x.age<<endl; 
    //借助友元，在boy的成员函数disp中，借助girl的对象，直接访问girl的私有变量
    //正常情况下，只允许在girl的成员函数中访问girl的私有变量
}
  
void main()  
{   
    boy b("aaa",8);  
    girl g("bbb",99);  
    b.disp(g); 
}

3、类Y的一个成员函数为类X的友元函数

      a）目的：使类Y的一个成员函数成为类X的友元

             具体而言：而在类Y的这个成员函数中，借助参数X，可以直接以X。私有变量的形式访问私有变量

      b）语法：声明位置：声明在公有中 （本身为函数）

                        声明：friend + 成员函数的声明

                        调用：先定义Y的对象y---使用y调用自己的成员函数---自己的成员函数中使用了友元机制

      c）代码： 

class girl; 
class boy
{  
private:
    char *name;  
    int age;  
public:  
    boy();
    void disp(girl &);     
};   
 
class girl
{
private:
    char *name;  
    int age;  
public:  
    girl(char *N,int A);  
    friend void boy::disp(girl &); //声明类boy的成员函数disp()为类girl的友元函数  
};  
 
void boy::disp(girl &x)  
{   
    cout<<"boy's name is:"<<name<<",age:"<<age<<endl;  //访问自己(boy)的对象成员,直接访问自己的私有变量  
    cout<<"girl's name is:"<<x.name<<",age:"<<x.age<<endl;  
    //借助友元，在boy的成员函数disp中，借助girl的对象，直接访问girl的私有变量
    //正常情况下，只允许在girl的成员函数中访问girl的私有变量  
}  
void main()  
{   
    boy b();  
    girl g();  
    b.disp(g);  }

4、在模板类中使用友元operator<<(对<<运算符的重载)

    a)使用方法：

在模板类中声明：

friend ostream& operator<< <>(ostream& cout,const MGraph<VexType,ArcType>& G);  

在模板类中定义：

template<class VexType,class ArcType>
ostream& operator<<(ostream& cout,const MGraph<VexType,ArcType>& G)
{
    //函数定义
}

    b)注意：

把函数声明非模板函数：

friend ostream& operator<< (ostream& cout,const MGraph& G);  

把函数声明为模板函数：

friend ostream& operator<< <>(ostream& cout,const MGraph<VexType,ArcType>& G);  

或：

friend ostream& operator<< <VexType,ArcType>(ostream& cout,const MGraph<VexType,ArcType>& G);  

说明：
 在函数声明中加入operator<< <>：是将operator<<函数定义为函数模板，将函数模板申明为类模板的友员时,是一对一绑定的
 实际的声明函数：这里模板参数可以省略，但是尖括号不可以省略

friend ostream& operator<< <VexType,ArcType>(ostream& cout,const MGraph<VexType,ArcType>& G);  

5、友元函数和类的成员函数的区别：成员函数有this指针，而友元函数没有this指针。

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