友元函数和友元类

本文介绍了C++中友元函数及友元类的概念,并通过实例展示了如何使用友元函数和静态成员函数来计算两点之间的距离。同时,还讨论了友元关系的特点及其限制。

 友元关系的定义: 是一种提供了不同类或对象的成员函数之间、类的成员函数与一般函数之间进行数据共享的机制。

解决的问题: 可以通过友元关系,一个普通的函数或者类的成员可以访问封装于另一个类的数据。

友元函数在类中用关键字friend来修饰的非成员函数。

友元函数可以是普通的函数,也可以是其他类中的成员函数,它的函数体中通过对象名访问类的私有和保护成员。

类  point  的对象代表一个平面坐标系中的一个点

例题: 求两个点的距离

解题方法1 利用友元函数

//此为point类的头文件

//“1.h”文件
class Point {
public:Point(int x = 0 , int y = 0) :X(x), Y(y) {}
  friend double dist(Point &p1, Point &p2);
private:
int X, Y;
};


#include"1.h"
#include<cmath>
double dist(Point &p1, Point &p2)
{
double x = p1.X - p2.X;
double y = p1.Y - p2.Y;
return sqrt(x*x + y*y);
}


#include"1.h"
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
Point dian1(2,3), dian2(5,7);
cout << "the distance is:" ;
cout << dist(dian1, dian2) << endl;
return 0;
}




解题方法2 利用静态函数求解

class Point {
public:Point(int x = 0, int y = 0) :X(x), Y(y) {}
       static double dist( Point m,Point n);                        //静态函数的声明
private:
int X, Y;
};
#include"1.h"
#include<cmath>
 double Point::dist( Point m,Point n)                 //静态函数的定义
{
return sqrt((m.X-n.X)*(m.X-n.X) + (m.Y-n.Y)*(m.Y-n.Y));

#include"1.h"
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{

Point dian1(2, 3),dian2(5,7);
cout << "the distance is:"<<Point::dist(dian1,dian2)<<endl;
return 0;

}



友元类,

若A类是B类的友元类,则A类的所有成员函数都是B类的友元函数,都可以访问B类的私有和保护成员。

class B{

friend class A;

……

}

规则:

1.友元关系是不能传递的,如A是B的友元,C是A的 友元,但是C和B不能进行数据共享;

2.友元关系是单向的,如A是B的友元,A就可以访问B中的成员,但是B不能访问A;

3.友元关系是不能继承的!!!!

在C++中,**(Friend)**是一种机制,允许非成员函数或访问另一个的**私有(private)****保护(protected)**成员。关系破坏了封装性,但有时能提高灵活性(如运算符重载或复杂关系)。以下是友元函数友元类的详细说明: --- ## **1. 友元函数(Friend Function)** ### **定义** - 友元函数是**非成员函数**,但可以访问的私有保护成员。 - 通过在中用 `friend` 关键字声明。 ### **特点** 1. **不是的成员**:不依赖对象调用(无 `this` 指针)。 2. **直接访问私有成员**:无需通过公有接口。 3. **不绑定对象**:可以是普通函数、其他的成员函数,甚至静态函数。 ### **示例** ```cpp class Box { private: double width; public: Box(double w) : width(w) {} // 声明友元函数 friend void printWidth(const Box& box); }; // 友元函数定义(可以访问Box的私有成员) void printWidth(const Box& box) { std::cout << "Width: " << box.width << std::endl; // 直接访问私有成员 } int main() { Box b(10.0); printWidth(b); // 输出: Width: 10 return 0; } ``` ### **常见用途** - **运算符重载**:如重载 `<<` 或 `>>` 时需要访问私有成员。 ```cpp class Complex { friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Complex& c); private: double real, imag; }; std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Complex& c) { os << c.real << " + " << c.imag << "i"; // 访问私有成员 return os; } ``` --- ## **2. 友元类(Friend Class)** ### **定义** - 友元类可以访问另一个的**所有成员**(包括私有保护成员)。 - 通过在中用 `friend class` 声明。 ### **特点** 1. **单向性**:关系是单向的(A是B的,不意味着B是A的)。 2. **不可继承**:关系不能继承(基不能自动访问派生的私有成员)。 3. **慎用**:过度使用会破坏封装性。 ### **示例** ```cpp class Storage { private: int secret; public: Storage(int s) : secret(s) {} // 声明友元类 friend class Display; }; class Display { public: void show(const Storage& s) { std::cout << "Secret: " << s.secret << std::endl; // 访问私有成员 } }; int main() { Storage s(42); Display d; d.show(s); // 输出: Secret: 42 return 0; } ``` ### **常见用途** - **紧密协作的**:如容器迭代器。 ```cpp template <typename T> class Container { friend class Iterator<T>; // 迭代器需要访问容器内部数据 private: T* data; size_t size; }; ``` --- ## **3. 成员函数(Friend Member Function)** - 可以只将某个的**特定成员函数**声明为,而非整个。 ### **示例** ```cpp class A { private: int data; public: A(int d) : data(d) {} // 只声明B的showData为 friend void B::showData(const A& a); }; class B { public: void showData(const A& a) { std::cout << "A's data: " << a.data << std::endl; // 访问A的私有成员 } }; ``` --- ## **4. 的优缺点** ### **优点** 1. **灵活性**:允许非成员函数或访问私有数据(如运算符重载)。 2. **效率**:避免通过公有接口间接访问私有成员的开销。 ### **缺点** 1. **破坏封装性**:可以绕过访问控制,可能导致设计混乱。 2. **维护困难**:关系可能增加代码耦合度。 3. **不可继承**:基无法访问派生的私有成员。 --- ## **5. 最佳实践** 1. **谨慎使用**:仅在必要时使用(如运算符重载)。 2. **限制范围**:优先使用友元函数而非友元类,避免过度暴露私有成员。 3. **替代方案**:考虑通过公有接口提供访问,或使用 `protected` 继承。 --- ## **6. 总结** | **特性** | **友元函数** | **友元类** | |------------------------|----------------------------------|--------------------------------| | **定义方式** | `friend void func();` | `friend class ClassB;` | | **访问权限** | 可访问的所有成员 | 可访问的所有成员 | | **绑定对象** | 不是成员函数,无 `this` 指针 | 的所有成员函数均可访问 | | **常见用途** | 运算符重载、工具函数 | 紧密协作的(如迭代器) | ---
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