C++ 友元函数和友元类的使用

作者：向阳逐梦

2023-08-10
四川
本文字数：1918 字
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1.友元介绍

在 C++中，友元（friend）是一种机制，允许某个类或函数访问其他类的私有成员。通过友元，可以授予其他类或函数对该类的私有成员的访问权限。友元关系在一些特定的情况下很有用，例如在类之间共享数据或实现特定的功能。

友元可以分为两种类型：类友元和函数友元。

2.类友元

类友元（Friend Class）：

可以将一个类声明为另一个类的友元。这样，在被声明为友元的类中，就可以直接访问另一个类的私有成员。
类友元关系在类之间共享数据或实现特定功能时很有用。
友元关系是单向的，不具有传递性。如果类 A 是类 B 的友元，类 B 不一定是类 A 的友元。
友元关系通常在类的声明部分使用 friend 关键字来声明。

2.1 示例代码

class FriendClass {private:    int privateData;public:    FriendClass() : privateData(0) {}    friend class OtherClass;  // 声明 OtherClass 是 FriendClass 的友元类};class OtherClass {public:    void accessPrivateData(FriendClass& obj) {        obj.privateData = 42;  // 可以直接访问 FriendClass 的私有成员    }};

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3.函数友元

函数友元（Friend Function）

可以将一个函数声明为一个类的友元函数。这样，在友元函数中可以直接访问该类的私有成员。友元函数可以是非成员函数，也可以是其他类的成员函数。友元函数通常在类的声明部分或声明外部使用 friend 关键字来声明。

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3.1 示例代码

class MyClass {private:    int privateData;public:    MyClass() : privateData(0) {}    friend void friendFunction(MyClass& obj);  // 声明 friendFunction 是 MyClass 的友元函数};void friendFunction(MyClass& obj) {    obj.privateData = 42;  // 可以直接访问 MyClass 的私有成员}

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4.总结

友元的使用场景包括但不限于以下情况：

当两个或多个类需要共享私有数据时，可以使用类友元来实现数据的直接访问，而无需通过公有接口。
当某个类需要提供特定函数或操作给其他类使用，但这些函数需要访问类的私有成员时，可以使用函数友元。
在重载运算符或实现某些特定功能时，友元可以提供对类私有成员的直接访问。
需要注意的是，友元机制破坏了封装性，因为其他类或函数可以直接访问被授予友元权限的类的私有成员。因此，应谨慎使用友元，只在必要的情况下使用，并且仅将其授予最少的访问权限。

在 C++中，我们使用类对数据进行了隐藏和封装，类的数据成员一般都定义为私有成员，成员函数一般都定义为公有的，以此提供类与外界的通讯接口。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。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（即减少了类型检查和安全性检查等都需要时间开销），但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。

下面我们来看一段代码，看看我们是如何利用友元来访问类的一切成员的：#include <iostream> using namespace std; class Internet { public: Internet(char *name,char *address) // 改为：internet(const char *name , const char *address){ strcpy(Internet::name,name); strcpy(Internet::address,address); } friend void ShowN(Internet &obj);   //友元函数的声明 public: 　　　　　　　　　　　　　// 改为：privatechar name[20]; char address[20]; }; void ShowN(Internet &obj)        //类外普通函数定义，访问a对象的保护成员name,不能写成,void Internet::ShowN(Internet &obj) { cout<<obj.name<<endl;          //可访问internet类中的成员} void main() { Internet a("谷歌","http://www.google.cn/";); ShowN(a); cin.get(); }       示例2：      分别定义一个类A和类B ，各有一个私有整数成员变量通过构造函数初始化；类A有一个成员函数Show(B &b)用来打印A和B的私有成员变量，请分别通过友元函数和友元类来实现此功能。使用友元类 和 友元函数实现：#include <iostream> using namespace std;class B;class A;void Show( A& , B& ); class B{private:int tt;friend class A;friend void Show( A& , B& ); public:B( int temp = 100):tt ( temp ){} }; class A{private:int value;friend void Show( A& , B& ); public:A(int temp = 200 ):value ( temp ){} void Show( B &b ){  cout << value << endl;  cout << b.tt << endl; }}; void Show( A& a, B& b ){cout << a.value << endl;cout << b .tt << endl;} int main(){A a;B b;a.Show( b );Show( a, b );      return 0;}