友元函数 和 友元类 讲解和使用

关于C++中的友元函数的总结

1.友元函数的简单介绍

1.1为什么要使用友元函数

在实现类之间数据共享时，减少系统开销，提高效率。如果类A中的函数要访问类B中的成员（例如：智能指针类的实现），那么类A中该函数要是类B的友元函数。具体来说：为了

使其他类的成员函数直接访问该类的私有变量。即：允许外面的类或函数去访问类的私有变量和保护变量，从而使两个类共享同一函数。

实际上具体大概有下面两种情况需要使用友元函数：（1）运算符重载的某些场合需要使用友元。（2）两个类要共享数据的时候。

1.2使用友元函数的优缺点

1.2.1优点：能够提高效率，表达简单、清晰。

1.2.2缺点：友元函数破环了封装机制，尽量不使用成员函数，除非不得已的情况下才使用友元函数。

2.友元函数的使用

2.1友元函数的参数：

因为友元函数没有this指针，则参数要有三种情况：

2.1.1 要访问非static成员时，需要对象做参数；

2.1.2 要访问static成员或全局变量时，则不需要对象做参数；

2.1.3 如果做参数的对象是全局对象，则不需要对象做参数；

2.2友元函数的位置

因为友元函数是类外的函数，所以它的声明可以放在类的私有段或公有段且没有区别。

2.3友元函数的调用

可以直接调用友元函数，不需要通过对象或指针

2.4友元函数的分类：

根据这个函数的来源不同，可以分为三种方法：

2.4.1普通函数友元函数

2.4.1.1 目的：使普通函数能够访问类的友元

2.4.1.2 语法：

声明： friend + 普通函数声明

实现位置：可以在类外或类中

实现代码：与普通函数相同

调用：类似普通函数，直接调用

2.4.1.3代码：

class INTEGER

 {

　　friend void Print(const INTEGER& obj);//声明友元函数

 };

void Print(const INTEGER& obj）

{

　　 //函数体

}

void main()

{

　　INTEGER obj;

　　Print(obj);//直接调用

}

2.4.2类Y的所有成员函数都为类X友元函数—友元类

2.4.2.1目的：使用单个声明使Y类的所有函数成为类X的友元，它提供一种类之间合作的一种方式，使类Y的对象可以具有类X和类Y的功能。

2.4.2.2语法：

声明位置：公有私有均可，常写为私有(把类看成一个变量)

声明： friend + 类名（不是对象哦）

2.4.2.3代码：

class girl;

class boy

{

public:

　　void disp(girl &);

};

void boy::disp(girl &x) //函数disp()为类boy的成员函数，也是类girl的友元函数

{

　　cout<<"girl's name is:"<<x.name<<",age:"<<x.age<<endl;//借助友元，在boy的成员函数disp中，借助girl的对象，直接访问girl的私有变量

}

class girl

{

private：

　　char *name;

　　int age;

　　friend boy; //声明类boy是类girl的友元

};

main函数就不写了和普通调用时一样的。

 

2.4.3类Y的一个成员函数为类X的友元函数

2.4.3.1目的：使类Y的一个成员函数成为类X的友元，具体而言：在类Y的这个成员函数中，借助参数X，可以直接以X的私有变量

2.4.3.2语法：

声明位置：声明在公有中 （本身为函数）

声明：friend + 成员函数的声明

调用：先定义Y的对象y---使用y调用自己的成员函数---自己的成员函数中使用了友元机制

2.4.3.3代码：

实现代码和2.4.2.3中的实现及其相似只是设置友元的时候变为friend void boy::disp(girl &);自己解决喽……

 

小结：其实一些操作符的重载实现也是要在类外实现的，那么通常这样的话，声明为类的友元是必须滴。

 

4.友元函数和类的成员函数的区别

4.1 成员函数有this指针，而友元函数没有this指针。

4.2 友元函数是不能被继承的，就像父亲的朋友未必是儿子的朋友。

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友元函数和友元类

友元提供了不同类的成员函数之间、类的成员函数与一般函数之间进行数据共享的机制。通过友元，一个不同函数或另一个类中的成员函数可以访问类中的私有成员和保护成员。c++中的友元为封装隐藏这堵不透明的墙开了一个小孔，外界可以通过这个小孔窥视内部的秘密。

友元的正确使用能提高程序的运行效率，但同时也破坏了类的封装性和数据的隐藏性，导致程序可维护性变差。

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);

    友元函数的声明可以放在类的私有部分，也可以放在公有部分，它们是没有区别的，都说明是该类的一个友元函数。 
      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。 
      友元函数的调用与一般函数的调用方式和原理一致。

友元类 ： 
      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： 
      friend class 类名; 
      其中：friend和class是关键字，类名必须是程序中的一个已定义过的类。

#include <iostream>
using namespace std;

class Radius
{
	//声明Circle为Radius的友元类, 所以Circle类的成员函数能访问到Radius的私有(或静态)成员
	friend class Circle;               
	//声明Show_r为友元函数, 所以Circle能访问到Radius的私有(或静态)成员, 
	//注意友元函数没有this指针, 所以Show_r访问Radius时, 要靠传进来的Radius对象
	friend void Show_r(Radius &n);
public:
	Radius(int x)
	{
		//注意不能this->Show_r();   应该<span style="font-family: Verdana, Geneva, Arial, Helvetica, sans-serif;">Show_r();</span>
		r = x;
	}
	~Radius(){}

private:
	int r;
	static string str;
};

string Radius::str = "nothing";

void Show_r(Radius &n)			//不用添加 Radius::, 像普通函数定义即可
{
	n.str = "i am Show_r()";		//访问Radius对象的私有静态成员变量str
	cout << "圆的半径为: " << n.r << endl;    //调用Radius对象的私有成员变量r
}

class Circle
{
public:
	Circle(){}
	~Circle(){}
	//Circle是Radius的友元类, 访问Radius时, 要靠传进来的Radius对象才可以访问Radius的私有(或静态)成员
	double area(Radius a)
	{
		a.str = "i am Circle::area()";		//访问Radius对象的私有静态成员变量str
		s = a.r * a.r * 3.1415926;             //调用Radius对象的私有成员变量r
		return s;
	}
private:
	double s;
};

int main(int argc, char *argv[])
{
	Radius objRadius(9);
	Circle objCircle;

	Show_r(objRadius);
	cout << "面积为：" << objCircle.area(objRadius) << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

被声明两个类的友元声明

如果我们决定一个函数必须被声明为两个类的友元则友元声明如下

#include <iostream>
using namespace std;
class Window;
class Screen
{
public:
	Screen(int a) :m_Screen(a){};
	friend bool is_equal(Screen &, Window &);
	friend int operator +(Screen &, Window &);		//友元函数重载+操作符
private:
	int m_Screen;
};

class Window
{
public:
	Window(int a) :m_Window(a)
	{
		//不能this->is_equal(), 应该is_equal(), 如普通函数直接调用
	};
	friend bool is_equal(Screen &, Window &);
	friend int operator +(Screen &, Window &);		//友元函数重载+操作符
private:
	int m_Window;
};

bool is_equal(Screen &screen, Window &window)<span style="white-space:pre">	</span>//如普通函数定义
{
	//访问Screen和Window的私有成员
	return screen.m_Screen == window.m_Window;
}

int operator +(Screen &a , Window &b)
{
	//访问Screen和Window的私有成员
	return a.m_Screen + b.m_Window;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	Window a(1);
	Screen b(2);
	//像普通函数一样, 直接调用友元函数, 不能a.is_equal() 
	cout << "是否相等: " << is_equal(b, a) <<endl;
	cout << "相加结果: " << operator +(b, a) << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

作为一个类的函数又是另一个类的友元

如果我们决定该函数必须作为一个类的成员函数并又是另一个类的友元，则成员函数声明和友元声明如下：

#include <iostream>
using namespace std;
class Window;		//需要提前声明, Screen才能访问Window
class Screen
{
public:
	// copy 是类 Screen 的成员
	void out(const Window &a);
};

class Window
{
public:
	Window(int a) :m_window(a){};
	// copy 是类 Window 的一个友元
	friend void Screen::out(const Window &);
private:
	int m_window;
};

// 很重要!!!由于Screen::out要访问Window成员, 所以out()前必须先声明Window类, 包括Window类里面的成员也要先声明
void Screen::out(const Window &a)
{
	//Screen访问Window里面的私有成员
	cout << "i am Screen::out()  " << a.m_window << endl;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
	Window a(1);
	Screen b;
	b.out(a);
	system("pause");
	return 0;
}

只有当一个类的定义已经被看到时它的成员函数才能被声明为另一个类的友元。这并不总是能够做到的。

例如如果Screen 类必须把Window 类的成员函数声明为友元，而Window类必须把Screen 类的成员函数声明为友元。该怎么办呢？在这种情况下可以把整个Window类声明为Screen 类的友元。

例如：

 

   1:  class Window;

   2:   

   3:  class Screen

   4:   

   5:  {

   6:   

   7:  friend class Window;

   8:   

   9:  // ...

  10:   

  11:  };

Screen 类的非公有成员现在可以被Window 的每个成员函数访问。

使用友元类时注意： 
          (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申明