类和对象（16）—— 友元

1、友元

　　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。

 2、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）；

 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。

类成员函数作友元函数：

原始方法（通过使用getter的方式访问类内成员）：

#include <iostream>
using namespace std;


class Point
{
public:

    Point(int x, int y)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }

    int getX()
    {
        return this->x;
    }
    int getY()
    {
        return this->y;
    }

private:
    int x;
    int y;
};

//全局函数
double PointDistance(Point &p1, Point &p2)
{
    return sqrt((p1.getX() - p2.getX())*(p1.getX() - p2.getX()) + (p1.getY() - p2.getY())*(p1.getY() - p2.getY()));
}
int main(void)
{
    Point p1(1, 2);
    Point p2(2, 2);

    cout << PointDistance(p1, p2) << endl;

    return 0;
}

通过使用友元函数的方式访问类内成员：

#include <iostream>
using namespace std;


class Point
{
public:
    //声明全局函数PointDistance是我类Point类的一个友元函数。
    friend double PointDistance(Point &p1, Point &p2);

    Point(int x, int y)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }

private:
    int x;
    int y;
};


double PointDistance(Point &p1, Point &p2)
{
    return sqrt((p1.x - p2.x))*(p1.x - p2.x) + (p1.y - p2.y)*(p1.y - p2.y));
}


int main(void)
{
    Point p1(1, 2);
    Point p2(2, 2);

    cout << PointDistance(p1, p2) << endl;

    return 0;
}

同类对象间无私处，异类对象间有友元

类成员函数作友元函数：

#include <iostream>
using namespace std;

class Point;//前向声明,是一种不完全型声明,即只需提供类名(无需提供类实现)即可。仅可用于声明指针和引用。

class PointManager
{
public:
    double PointDistance(Point &p1, Point &p2);
};

class Point
{
public:
    //声明全局函数PointDistance是我类Point类的一个友元函数。
    //friend double PointDistance(Point &p1, Point &p2);
    friend double PointManager::PointDistance(Point &p1, Point &p2);

    Point(int x, int y)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }

private:
    int x;
    int y;
};

double PointManager::PointDistance(Point &p1, Point &p2)
{
    return sqrt((p1.x - p2.x)*(p1.x - p2.x) + (p1.y - p2.y)*(p1.y - p2.y));
}

int main(void)
{
    Point p1(1, 2);
    Point p2(2, 2);

    //cout << PointDistance(p1, p2) << endl;
    PointManager pm;
    cout << pm.PointDistance(p1, p2) << endl;

    return 0;
}

 3、友元对象

　　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:

　　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。

4、论友元

 声明位置

　　友元声明以关键字 friend 开始,它只能出现在类定义中。因为友元不是授权类的 成员,所以它不受其所在类的声明区域 public private 和 protected 的影响。通常我们 选择把所有友元声明组织在一起并放在类头之后。

友元的利弊

　　友元不是类成员,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。 不过,类的访问权限确实在某些应用场合显得有些呆板,从而容忍了友元这一特别语法现象。

注意事项

　　(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声明。