友元类

上机目的:练习使用友元类

我的程序:

/*  
* 程序的版权和版本声明部分:   
* 作    者:烟台大学计算机学院学生:段元晋
* 完成日期:2013年4月12日
* 版 本 号:vc++6.0
* 对任务及求解方法的描述部分: 
* 输入描述:无
* 问题描述:略
* 程序输出:略 
* 问题分析:略 
* 算法设计:略  
*/ 
#include<iostream>
using namespace std;
class Date; //对Date 类的提前引用声明
class Time
{
public:
	Time(int h,int m,int s):hour(h),minute(m),sec(s){}
	void add_a_second(Date &); //增加1 秒,1 秒后可能会到了下一天,乃到下一月、下一年
	void display(Date &); //显示时间,格式:月/日/年时:分:秒
private:
	int hour;
	int minute;
	int sec;
};
class Date
{
public:
	Date(int m,int d,int y):month(m),day(d),year(y){}
	friend class Time; //Time 为Date 的友元类
private:
	int month;
	int day;
	int year;
};
void Time::display(Date &d1)
{
	cout<<hour<<":"<<minute<<":"<<sec<<endl;
	cout<<d1.month<<"/"<<d1.day<<"/"<<d1.year<<endl;
}
void Time::add_a_second(Date &d)
{
	sec=sec+1;
	if(sec>59)
	{
		sec=sec-60;
		minute=minute+1;
		if(minute>59)
		{
			minute=minute-60;
			hour=hour+1;
			if(hour>23)
			{
				hour=hour-24;
				d.day=d.day+1;
				if(d.day>31)
				{
					d.day=d.day-31;
					d.month=d.month+1;
					if(d.month>12)
					{
						d.month=d.month-12;
						d.year=d.year+1;
					}
				}
			}
		}
	}
}
int main( )
{
	Time t1(23,59,32);
	Date d1(12,25,2012);
	for(int i=0; i<=80; i++)
	{
		t1.add_a_second(d1);
		t1.display(d1);
	}
	return 0;
}
运行结果:
<think>我们正在讨论C++中的友元类(friend class)。根据引用内容,友元类允许一个(称为友元类)访问另一个的私有(private)和保护(protected)成员。这是C++中打破封装性的一种机制,需要谨慎使用。 ### 友元类的基本概念 - **定义**:如果A将B声明为(即在A的定义中使用`friend class B;`),那么B的所有成员函数都可以访问A的私有成员和保护成员。 - **特性**: 1. **单向性**:关系是单向的。如果A声明B是它的,这并不意味着A可以访问B的私有成员(除非B也声明A为)。 2. **非传递性**:如果A是B的B是C的,这并不意味着A是C的。 3. **非继承性**:关系不能被继承。如果A是B的C继承自A,那么C不是B的(除非B显式声明C为)。 ### 友元类的使用方法 在声明友元类时,通常将`friend`关键字和友元类名放在的定义中。例如: ```cpp class A { private: int private_data; public: // 声明B是A的友元类 friend class B; }; class B { public: void accessA(A& a) { // 由于B是A的,可以直接访问A的私有成员 std::cout << a.private_data << std::endl; } }; ``` ### 示例代码分析 引用[3]提供了一个引擎(Engine)和汽车(Car)的示例: ```cpp #include <iostream> using namespace std; class Engine { private: int horsepower; public: Engine(int hp) : horsepower(hp) {} // 声明Car为友元类 friend class Car; }; class Car { public: void showEnginePower(const Engine& e) { // 由于Car是Engine的,可以直接访问Engine的私有成员horsepower std::cout << "Engine horsepower: " << e.horsepower << std::endl; } }; int main() { Engine engine(500); Car car; car.showEnginePower(engine); // 输出:Engine horsepower: 500 return 0; } ``` 在这个例子中: - `Engine`将`Car`声明为,因此`Car`的成员函数`showEnginePower`可以访问`Engine`的私有成员`horsepower`。 ### 使用注意事项 1. **破坏封装**:打破了的封装性,因此应该只在必要的情况下使用,例如当两个在逻辑上紧密耦合,且需要频繁访问对方私有成员时。 2. **替代方案**:在可能的情况下,优先考虑使用公有成员函数(getter/setter)来访问私有数据,以保持封装性。 3. **声明位置**:声明可以在的任何部分(private、protected或public)出现,因为声明不受访问控制符的影响。但通常放在定义的开始或结束位置以保持清晰。 ### 模板友元类 引用[4]中提到了模板的情况。当是一个模板时,需要在声明中指定模板参数。例如: ```cpp template<typename T> class A { private: T data; public: // 声明模板B为 template<typename U> friend class B; }; // 这样,对于任何型U,B<U>都是A<T>的,但注意:通常我们可能需要更精确的控制。 ``` 但是,上述声明意味着对于每一个特化的`A<T>`,所有特化的`B<U>`都是它的。如果我们希望只有相同型的`B<T>`才是`A<T>`的,可以这样声明: ```cpp template<typename T> class B; // 前置声明 template<typename T> class A { private: T data; public: // 声明特定特化的B<T>为 friend class B<T>; }; ``` ### 总结 友元类提供了一种访问其他私有成员的机制,但应谨慎使用。在需要两个紧密协作的情况下,友元类可以避免使用公共接口带来的性能开销或设计复杂性。然而,过度使用会破坏封装,增加之间的耦合度。 §§相关问题§§ 1. 函数和友元类有什么区别? 2. 在C++中,如何声明一个模板作为? 3. 使用友元类可能会带来哪些设计上的问题? 4. 除了,还有哪些方法可以访问的私有成员?</think>### C++ 友元类详解 友元类(friend class)是 C++ 中允许特定访问另一个私有成员的机制。通过 `friend` 关键字声明,它打破了严格的封装性,在特定场景下可提升代码效率和灵活性。 #### 一、核心特性 1. **单向访问权限** 若 A 声明 B 为,则 B 可访问 A 的私有成员,但 A **不能**访问 B 的私有成员。 示例: ```cpp class Storage { friend class Display; // 声明 private: int secret = 42; }; class Display { public: void show(const Storage& s) { std::cout << s.secret; // 允许访问私有成员 } }; ``` 2. **非传递性** 若 A 是 B 的,B 是 C 的,**不等于** A 是 C 的。 3. **非继承性** 派生**不继承**基关系。若基声明,派生仍需单独声明。 #### 二、使用场景 1. **紧密协作的** 如引擎(Engine)和汽车(Car): ```cpp class Engine { friend class Car; // 声明 private: int horsepower; public: Engine(int hp) : horsepower(hp) {} }; class Car { public: void showPower(const Engine& e) { std::cout << "Power: " << e.horsepower; // 直接访问私有成员 } }; ``` [^3] 2. **工具辅助** 如日志(Logger)访问多个的内部状态: ```cpp class Network { friend class Logger; private: int packetCount; }; class Logger { public: static void log(const Network& net) { std::cout << "Packets: " << net.packetCount; } }; ``` #### 三、模板友元类 当涉及模板时,需前置声明并指定模板参数: ```cpp template<typename T> class Box { friend class Inspector<T>; // 声明模板 private: T content; }; template<typename T> class Inspector { public: void check(const Box<T>& box) { std::cout << "Content: " << box.content; } }; ``` [^4] #### 四、注意事项 1. **谨慎使用** 过度使用会破坏封装性,增加耦合度。优先考虑公有接口(getter/setter)。 2. **声明位置无关** `friend` 声明可放在的任何区域(public/private/protected),效果相同。 3. **替代方案** 考虑使用组合(composition)或中介模式(mediator pattern)替代。 > **最佳实践**:仅当两个在逻辑上高度内聚(如引擎与汽车),且频繁访问私有数据时使用友元类。其他场景建议保持封装[^2]。
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