友元函数和友元类

问题的提出

　　我们已知道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。

　　#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<<"("<
　　}

　　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"<
　　}

　　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。该程序的功能是已知两点坐标，求出两点的距离。

　　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

注意事项：

(1).友元可以访问类的私有成员。

(2).只能出现在类定义内部，友元声明可以在类中的任何地方，一般放在类定义的开始或结尾。

(3).友元可以是普通的非成员函数，或前面定义的其他类的成员函数，或整个类。

(4).类必须将重载函数集中每一个希望设为友元的函数都声明为友元。

(5).友元关系不能继承，基类的友元对派生类的成员没有特殊的访问权限。如果基类被授予友元关系，则只有基类具有特殊的访问权限。该基类的派生类不能访问授予友元关系的类。