C++之友元

最新推荐文章于 2025-02-23 19:36:00 发布

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分类专栏： C/C++ 文章标签： class struct c语言

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本文介绍了C++中友元类和友元成员函数的概念，通过电视机与遥控器的实例展示了如何利用友元类实现类之间的紧密耦合，并讨论了嵌套类的使用方式。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、友元类
类并非只能拥有友元函数，也可以将类作为友元；但什么时候会希望一个类称为另一个类的友元呢，我们来看一个例子，如果要编写一个模拟电视机和遥控器的简单程序，决定定义一个Tv类和Remote类，来分别表示电视机和遥控器。很明显，遥控器可以改变电视机的状态，这表明应将Romote类作为Tv类的一个友元。

首先来定义一组状态成员来表示电视机，下面是一些可能的状态：
1.开/关
2.频道设置
3.音量设置
4.有线电视或天线调节模式
5.TV调谐或A/V输入
另外，很多遥控器都有两种工作模式--用作电视控制器和VCR遥控器。
因此，定义类如下：
由于Remote类提到了Tv类，所以编译器必须了解Tv类后，才能出来Remote类。为此，最简单的方法是首先定义Tv类。

tv.h

#ifndef TV_H_
#define TV_H_

class Tv
{
    public:
	friend class Remote;
	enum {Off, On};
        enum {MinVal, MaVal = 20};
	enum {Antenna, Cable};
	enum {TV, VCR};

	Tv (int s = Off, int mc = 100):state(s),volume(5),
		maxchannel(mc),channel(2),mode(Cable),input(TV){}
	void onoff(){state = (state == On) ? Off:On;}
	bool ison()const{return state == On;}
	bool volup();
	bool voldown();
	void chanup();
	void chandown();
	void set_mode() {mode = (mode == Antenna) ? Cable: Antenna;}
	void set_input() {input = (input == TV) ? VCR : TV;}
	void settings() const;
    private:
	int state;
	int volume;
	int maxchannel;
	int channel;
<span style="white-space:pre">	</span>int mode;
	int input;
};

class Remote
{
    private:
	int mode;
    public:
	Remote(int m = Tv::TV):mode(m){}
        bool volup(Tv & t){return t.volup();}
	bool voldown(Tv & t){return t.voldown();}
	void onoff(Tv & t){t.onoff();}
	void chanup(Tv & t){t.chanup();}
	void chandown(Tv & t){t.chandown();}
	void set_chan(Tv & t, int c){t.channel = c;}
	void set_mode(Tv & t){t.set_mode();}
	void set_input(Tv & t){t.set_input();}
};
#endif

tv.cpp

#include <iostream>
#include "tv.h"

bool Tv::volup()
{
    if (volume < MaVal)
    {
        volume++;
	return true;
    }
    else
	return true;
}

bool Tv::voldown()
{
    if (volume > MinVal)
    {
        volume--;
	return true;
    }
    else
	return false;
}

void Tv::chanup()
{
    if (channel < maxchannel)
	channel++;
    else
	channel = 1;
}

void Tv::chandown()
{
    if (channel > 1)
	channel--;
    else
	channel = maxchannel;
}

void Tv::settings()const
{
    using std::cout;
    using std::endl;
    cout << "TV is " << (state == Off ? "Off" : "On") << endl;
    if (state == On)
    {
        cout << "Volume setting = " << volume << endl;
	cout << "Channel setting = " << channel<< endl;
	cout << "mode = " << (mode == Antenna ? "antenna" : "cable")  << endl;
	cout << "input = " << (input == TV ? "TV":"VCR")  << endl;
    }
}

use_tv.cpp

#include <iostream>
#include "tv.h"

int main()
{
    using std::cout;
    Tv s27;
    cout << "Initial settings for 27\" TV:\n";
    s27.settings();
    s27.onoff();
    s27.chanup();
    cout << "\nAdjusted settings for 27\"TV:\n";
    s27.settings();

    Remote grey;

    grey.set_chan(s27, 10);
    grey.volup(s27);
    grey.volup(s27);
    cout << "\n27\" settings after using remote:\n";
    s27.settings();

    Tv s32(Tv::On);
    s32.set_mode();
    grey.set_chan(s32, 28);
    cout << "\n32\"settings:\n";
    s32.settings();

    return 0;
}

二、友元成员函数
从上面的例子可知，大多数Remote方法都是用Tv类的公有接口实现的；这意味着这些方法不是真正需要作为友元，事实上，唯一直接访问Tv成员的Remote方法是Remote::set_chan(),因此，它是唯一需要作为友元的方法。不过这样做有点麻烦，必须小心的排列各种声明和定义的顺序。因为：让Remote::set_chan()成为Tv类的友元的方法是，在Tv类声明中将其声明为友元：

class Tv
{
    friend void Remote::set_chan(Tv & t,int c);
	...
}

不过要使编译器能够处理这条语句，它必须知道Remote的定义，否则，它无法知道Remote是一个类，而set_chan是这个类的方法，这意味着应将Remote的定义放到Tv的定义前面，但Remote的方法提到了Tv对象，而这意味着Tv定义应当位于Remote定义之前，避开这种循环依赖的方法是，使用前向声明。为此，要在Remote定义的前面插入下面的语句：排列次序应如下：

class Tv;
class Remote
{

};
class Tv
{

};

能否像下面这样排列呢？不能！！！

class Remote;
class Tv{};
class Remote{};

因为在编译器Tv类的声明中看到Remote的一个方法被声明为Tv类的友元之前，应该先看到Remote类的声明和set_chan方法的声明。
三、嵌套类
在C++中，可以将类声明放在另一个类中，在另一个类中声明的类被称为嵌套类，包含类的成员函数可以创建和使用被嵌套类的对象；而仅当声明位于公有部分，才能在包含类的外面使用嵌套类，而且必须使用作用域解析操作符。