C++ 友元关系详解

         在C++中，在某些情况下，允许特定的非成员函数访问一个类的私有成员，同时仍然阻止一般的访问，这是很方便做到的。例如，被重载的操作符，如输入或输出操作符，经常需要访问类的私有数据成员。这些操作符不可能为类的成员。然而，尽管不是类的成员，它们仍是类的“接口的组成部分”。

        而友元机制，允许一个类将对其非公有成员的访问权授予指定的函数或类。友元的声明以关键字 friend 开始。它只能出现在类定义的内部。友元声明可以出现在类中的任何地方：友元不是授予友元关系的那个类的成员，所以它们不受声明出现部分的访问控制影响。

       下面给出C++中所有有关友元的结论和限制，然后后面针对每个细节给出示例：

1、友元关系：

A.一个非成员函数reset()声明为类example的友元函数，使得该非成员函数可以访问类example的私有成员。

class example; // 这里必须对类 example 做前向声明，否则下面的函数声明将报错
void reset(example &e);
class example
{
　　public:
　　friend void reset(class example &e);
　　private:
　　int n;
};
// 该函数定义必须放在类 example 的后面，否则无法解析变量n
void reset(example &e)
{
　　e.n = 0;
}

B.类man声明为类woman的友元类，使得可以通过类man对象访问类woman的私有成员。

class woman; // 前向声明
class man
{
　　public:
　　void disp(woman &w);
　　void reset(woman &w);
};
class woman
{
　　public:
　　   friend class man; // 将man设为woman的友元类，这样man对象的任何成员函数都可以访问woman的私有成员
　　private:
　　   string name;
};
void man::disp(woman &w)
{
　　cout << w.name << endl;
}
void man::reset(woman &w)
{
　　w.name.clear();
}

C.将一个类Y的某成员函数声明为类X的友元函数，使得可以通过类Y的这个成员函数访问类X的私有成员。

class woman; // 前向声明
class man
{
　　public:
　　   void disp(woman &w);
　　   void reset(woman &w);
};
class woman
{
　　public:
　　   friend void man::disp(woman &w); // 将man的其中一个成员函数disp()设为woman的友元函数，就可以使用该函数访问woman对象的私有成员了
　　private:
　　   string name;
　　};
　　void man::disp(woman &w)
　　{
　　   cout << w.name << endl;
　　}
　　// man的reset()成员函数不是woman类的友元函数，因此不能访问其私有成员
　　/*
　　void man::reset(woman &w)
　　{
　　   w.name.clear();
　　}
　　*/

2、友元作用域

　 注意到上面的示例代码，友元声明和友元定义之间的依赖关系：比如最后一个例子，由于woman类要声明man类中的成员函数disp为友元函数，因此必须将man类的定义放在woman之前。但是man类中又要对woman类中的数据成员进行操作，所以必须将disp函数的定义放在woman的后面。这个关系要搞清楚，否则编译不成功。

3、友元跟重载函数的关系

　 如果有多个重载函数的版本，那么可以将其中的一个或者几个设为某个类的友元。其他的函数不受此设置的影响，依然不能访问某类的私有数据成员。例如：

　　#include <iostream>
　　#include <string>
　　#include <map>
　　using namespace std;
　　class screen;
　　void show(const screen &s);
　　void show(int, int, const screen &);
　　class screen
　　{
　　   public:
　　     screen():x(0.0), y(0.0){}
　　     friend void show(const screen &s);
　　     friend void show(int a, int b, const screen &s); // 如果将此行删除，将无法调用该版本的show函数
　　   private:
　　     float x;
　　     float y;
　　};
　　void show(const screen &s)
　　{
　　    cout << s.x << ", " << s.y << endl;
　　}
　　void show(int a, int b, const screen &s)
　　{
　　    cout << s.x + a << ", " << s.y + b << endl;
　　}
　　int main(void)
　　{
　　   screen s;
　　   show(s);
　　   show(100, 200, s);
　　   string word;
　　   getline(cin, word);
　　   return 0;
　　}

4、友元跟权限标识符的关系

  实际上，一个类的友元，不管是友元类、友元成员函数还是友元非成员函数，都必须是public访问权限的，否则无法在类外被调用。