什么是 C++ 中的友元函数和友元类？友元的作用是什么？有什么注意事项？

1）什么是 C++ 中的友元函数和友元类？

友元的目的就是让一个函数或者类 访问另一个类中私有成员

友元的关键字为 friend（友元定义时，无需加关键字friend）声明时必须加friend

• 优点：可以通过友元在类外访问类内的私有 和 受保护类型的成员
• 缺点：破坏了类的封装性

友元函数：

• 是定义在类外部的普通函数，但可以访问该类的私有成员。
• 作用是在某些情况下，需要让外部函数访问类的私有数据，提高程序的灵活性。

友元类：

• 一个类可以将另一个类声明为友元类。
• 友元类中的所有成员函数都可以访问另一个类的私有成员。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
	
	int num;
public:
	friend void fun();  //友元函数
	friend class B;
	A()
	{
		num = 0;
	}
};

A a;
void fun()
{
	a.num = 2;
	cout << a.num << endl;
}
 
class B
{
public:
	void fun()
	{
		a.num = 2;
	}
};
int main()
{
	fun();
}

2）友元的作用是什么？有什么注意事项？

友元的作用：

允许特定的外部函数或类访问类的私有成员，提供了一种在不破坏封装性的前提下，实现更灵活的代码交互的方式。

注意事项：

• 友元破坏了类的封装性，应谨慎使用，过多使用友元可能导致程序的可维护性降低。
• 友元关系不能被继承，即如果类 B 是类 A 的友元，类 C 继承自类 A，类 B 不是类 C 的友元。

友元的作用

• 增强灵活性：在某些情况下，虽然某个函数或类不是一个类的成员函数，但却需要频繁地访问该类的私有或保护成员。通过将其声明为友元，可以在不改变类的封装性的前提下，给予其访问权限，从而提高了代码的灵活性和可扩展性。例如，在实现一个复数类时，可能需要定义一个非成员函数来计算两个复数的乘积。这个函数需要访问复数类的私有成员变量来进行计算，此时可以将该函数声明为复数类的友元函数，以便其能够访问复数类的私有成员。
• 提高效率：对于一些需要频繁访问类的私有成员的操作，如果通过公有成员函数来访问，可能会增加函数调用的开销。而使用友元函数或友元类，可以直接访问私有成员，从而提高了程序的执行效率。例如，在一个矩阵类中，为了实现矩阵的乘法运算，可能需要频繁地访问矩阵类的私有成员数组来进行计算。如果将矩阵乘法函数声明为矩阵类的友元函数，就可以直接访问矩阵类的私有成员数组，而不需要通过公有成员函数来间接访问，从而提高了矩阵乘法运算的效率。
• 实现不同类之间的协作：友元可以用于建立不同类之间的紧密协作关系，使得它们能够更方便地共享数据和操作。例如，在一个图形绘制系统中，可能有一个图形类和一个绘制工具类。绘制工具类需要访问图形类的私有成员来进行绘制操作，此时可以将绘制工具类声明为图形类的友元类，以便绘制工具类能够访问图形类的私有成员，从而实现图形的绘制功能。

友元的注意事项

• 破坏封装性：虽然友元机制提供了一定的灵活性，但过度使用友元会破坏类的封装性。因为友元函数或友元类可以直接访问类的私有成员，这可能会导致类的内部实现细节暴露给外部，增加了代码的耦合度，不利于代码的维护和修改。因此，在使用友元时，应该谨慎考虑，只在必要的情况下才使用友元机制。
• 单向性：友元关系是单向的，即如果类A是类B的友元，并不意味着类B也是类A的友元。这一点在使用友元时需要特别注意，以免出现意外的访问权限问题。例如，在一个学生类和一个教师类的关系中，教师类可能需要访问学生类的私有成员来查看学生的成绩等信息，因此可以将教师类声明为学生类的友元类。但是，学生类并不需要访问教师类的私有成员，因此学生类不需要是教师类的友元类。
• 友元声明的位置：友元声明必须放在类的内部，并且在需要访问私有成员的函数或类之前进行声明。一般来说，友元声明可以放在类的公有部分、私有部分或保护部分，其作用域仅限于声明它的类。例如，在一个类的公有部分声明了一个友元函数，那么这个友元函数就可以访问该类的公有成员和私有成员。如果在类的私有部分声明了一个友元函数，那么这个友元函数只能在类的成员函数中被调用，而不能在类的外部被调用。
• 友元函数和友元类的定义：友元函数和友元类的定义与普通的函数和类的定义相同，但是在友元函数和友元类的定义中，可以直接访问声明它为友元的类的私有成员和保护成员。需要注意的是，友元函数和友元类的定义并不需要使用关键字“friend”，只有在类的声明中才需要使用“friend”关键字来声明友元。
• 继承与友元：友元关系不会被继承，即如果类B是类A的友元，类C继承自类A，那么类B并不是类C的友元。这是因为友元关系是基于类的具体定义而不是基于类的继承关系。因此，在使用继承和友元时，需要特别注意友元关系的变化，以免出现意外的访问权限问题。