C++ Learning 友元•内部类

友元

在 C++ 中，友元是一个非常特殊的概念，它使得某些非成员函数或其他类能够访问类的私有成员和保护成员。通常，私有成员和保护成员只能在类的成员函数内部访问，但通过将函数或类声明为友元，能够绕过这个访问限制。

友元函数

友元函数是一个普通的非成员函数，但它能够访问类的私有成员和保护成员。但需要在类的内部声明，声明时需要加friend关键字。

利用友元重载<<和>>

class Date
{
public:
	friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);// 友元函数
	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);// 友元函数
	Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
//重载>>运算符
istream& operator>>(istream& _cin, Date& d)
{
	_cin >> d._year >> d._month >> d._day;
	return _cin;
}
// 重载<<运算符
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
	_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
	return _cout;
}

• 友元函数可以访问类的私有和保护成员，但不是类的成员函数
• 友元函数不能用const修饰
• 友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制
• 一个函数可以是多个类的友元函数
• 友元函数的调用与普通函数的调用和原理相同

友元类

友元类是指某个类可以访问另一个类的私有和保护成员。这是通过在类内声明另一个类为友元来实现的。

class ClassB;  
class ClassA {
    friend class ClassB;  // 声明 ClassB 为友元类

private:
    int data;
public:
    ClassA() : data(20) {}
};

class ClassB {
public:
    void printData(ClassA& obj) {
        cout << "ClassA data: " << obj.data << endl;  // 可以访问 ClassA 的私有成员
    }
};

在这个例子中，ClassB 被声明为 ClassA 的友元类，因此 ClassB 可以访问 ClassA 的私有成员 data，即使 data 是私有的。其他的类则不能访问 ClassA 的私有成员。

友元函数和类的特点

• 友元是单向的：如果 A 是 B 的友元，B 并不是 A 的友元。友元关系是单向的，也就是说，只有声明了友元关系的一方才拥有访问权限。
• 友元关系并不传递：如果 A 是 B 的友元，B 是 C 的友元，A 并不自动成为 C 的友元。友元关系不会传播。
• 友元不受访问控制的影响：友元函数可以访问类的私有成员和保护成员，突破了封装性的限制。它们允许访问被视为“私密”的数据。

使用友元的场景

需要访问类的私有数据的外部函数：

• 当一个非成员函数需要访问类的私有成员时，可以通过友元函数来实现。比如，运算符重载、全局函数等。

操作符重载：

• 在进行运算符重载时，如果需要访问类的私有成员变量，通常可以将运算符重载函数声明为友元。

访问类的私有成员的类：

• 当某个类需要访问另一个类的私有成员时，可以通过将该类声明为友元类来实现。例如，一个类可能需要访问另一个类的内部数据。

内部类

在 C++ 中，内部类是定义在另一个类（外部类）内部的类。内部类与普通类类似。

内部类的定义

内部类在外部类的定义内部定义，但它是一个独立的类，属于外部类的作用域。虽然它是定义在外部类内，但它并不属于外部类的一部分，也不能通过外部类的对象直接调用。换句话说，内部类和外部类在本质上是两个独立的类。

外部类与内部类的关系：

• 内部类是外部类的“友元类”，能够通过外部类的对象访问外部类的私有成员和保护成员。
• 外部类不能直接访问内部类的成员，除非通过内部类的对象。

内部类的特性

1. 访问权限：
   • 内部类可以定义在外部类的 public、protected 或 private 部分。定义在不同部分的内部类访问权限不同，但这并不影响它们的独立性。
2. 访问外部类成员：
   • 内部类可以直接访问外部类的静态成员和枚举成员，因为这些成员不依赖于外部类的对象。
   • 如果内部类想要访问外部类的非静态成员（如普通成员变量和成员函数），它需要通过外部类的对象来访问。
3. 外部类与内部类的内存大小：
   • sizeof(外部类) 与内部类的大小没有直接关系。外部类和内部类是两个独立的类，它们的内存布局和大小计算是分开的。
4. 内部类是外部类的友元类：
   • 内部类可以访问外部类的所有成员（包括私有成员），因为它是外部类的友元类。
   • 外部类无法直接访问内部类的成员，除非通过内部类的对象来访问。