C++中被人遗忘的友元函数

一、概述

在C++领域流传着这样一句话，同类对象间无私处，异类对象间有友元。
我们都知道，采用类的机制后实现了数据的隐藏与封装,类的数据成员一般定义为私有成员,成员函数一般定义为公有的,依此提供类与外界间的通信接口。但是,有时需要定义一些函数,这 些函数不是类的一部分,但又需要频繁地访问类的数据成员,这时可以将这些函数定义为该函数的友元函数。
友元函数的形式

friend 类型 函数名(形式参数);

除了友元函数外，还有友元类，两者统称为友元。友元的作用是提高了程序的运行效率(减少了类型检查和安全性检查等都需要时间开销)，但却破坏了封装性和隐藏性。使得非成员函数可以访问类的私有成员。友元可以是一个函数，也可以是一个类，分别称之为友元函数和友元类。

二、友元函数

友元函数定义在类外的普通函数，它不属于类，但需要在类中声明。声明时加关键字friend。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。
1.全局函数作为友元函数的案列

#include <iostream>
#include <cmath>

using namespace std;

class Point
{
    public:
        Point(double xx, double yy)
        {
            x = xx;
            y = yy; 
        }

        void Getxy();
        friend double Distance(Point &a, Point &b);

    private:
        double x, y;    
};

void Point::Getxy()
{
    cout << "(" <<  x << "," << y << ")" << endl;   
}

double Distance(Point &a, Point &b)
{
    double dx = a.x - b.x;
    double dy = a.y - b.y;
    return sqrt(dx*dx + dy*dy);
}

int main()
{
    Point p1(3.0, 4.0), p2(6.0, 8.0);
    p1.Getxy();
    p2.Getxy();
    double d = Distance(p1, p2);
    cout << "distance is = " << d << endl;
    return 0;   
}

2、类成员函数做友元函数

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
//前向声明,是?一种不完全型声明,即只需提供类名(无需提供类实现)即可。仅可用
//于声明指针和引用。
class Point;

class ManagerPoint
{
    public:
        double Distance(Point &a, Point &b);    
};

class Point
{
    public:
        Point(double xx, double yy)
        {
            x = xx;
            y = yy; 
        }

        void Getxy();
        friend double ManagerPoint::Distance(Point &a, Point &b);

    private:
        double x, y;    
};

void Point::Getxy()
{
    cout << "(" <<  x << "," << y << ")" << endl;   
}

double ManagerPoint::Distance(Point &a, Point &b)
{
    double dx = a.x - b.x;
    double dy = a.y - b.y;
    return sqrt(dx*dx + dy*dy);
}

int main()
{
    Point p1(3.0, 4.0), p2(6.0, 8.0);
    p1.Getxy();
    p2.Getxy();
    ManagerPoint mp;
    double d = mp.Distance(p1, p2);
    cout << "mp.Distance is = " << d << endl;
    return 0;   
}

3、友元对象
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

例如

class A
{
    public:
        friend class B;
};

测试案例:

#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;

class A
{
    public:
        A(int xx, int yy)
        {
            x = xx;
            y = yy;
        }
        inline void test()
        {

        }
    private:
        int x, y; friend class B;   
};

class B
{
    public:
    inline void Test()
    {
        A a(10, 20);
        cout << "x=" << a.x << "y=" << a.y << endl;
    }   
};

int main()
{
    B b;
    b.Test();
    return 0;   
}

输出结果:

三、友元函数的运用总结

1、声明位置
友元声明以关键字 friend 开始,它只能出现在类定义中。因为友元不是授
权类的 成员,所以它不受其所在类的声明区域 public private和protected 的影响。通常我们 选择把所有友元声明组织在一起并放在类头之后。

2、友元的利弊
友元不是类成员,但是它可以访问类中的私有成员。友元的作用在于提高
程序的运 行效率,但是,它破坏了类的封装性和隐藏性,使得非成员函数可以访问类的私有成员。

3、使用友元注意事项
* 友元关系不能被继承。
* 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。
* 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声明。