[C++知识库]C++经典问题_07 C++友元机制

一. 为什么引入友元机制

C++的类都具有封装的特性,这样在类外就没有办法访问类内封装的私有的成员.但是有些情况下,需要在类外访问私有的成员,也就是说如果其他的普通的函数或者其他的类如果要访问本类的私有成员的时候,就需要使用友元机制.友元机制允许类外的函数或者是其他的类访问本类封装的所有成员,包括私有成员.

二. 友元的实现方式

① 普通的函数作为友元

目的

使普通的函数能够访问类内的成员

语法

1. 类内声明: 因为友元函数不属于类本身,所以它的位置可以是任意的,公有的和私有的都无所谓
2. 声明方式: friend + 普通的函数声明
3. 实现位置: 可以在类外或者类内实现,当然类内实现和类外实现是有一些区别的.
4. 实现代码: 在类内直接实现,类外实现的时候不用加friend和类::
5. 调用: 类似普通的函数,直接调用.

/*----------------------------------------------------------------
* 项目: Classical Question
* 作者: Fioman
* 邮箱: geym@hengdingzhineng.com
* 时间: 2022/3/22
* 格言: Talk is cheap,show me the code ^_^
//----------------------------------------------------------------*/
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Person
{
public:
	Person(string name, int age):mName(name),mAge(age)
	{
		cout << "Person()的构造函数" << endl;
	}
	friend void print_person(const Person p); // 声明一个友元函数
private:
	string mName;
	int mAge;
};

void print_person(const Person p)
{
	// 友元函数的定义
	cout << "友元函数访问: 姓名: " << p.mName << ", 年龄: " << p.mAge << endl;
}

int main()
{
	Person p("张三", 100);
	print_person(p); // 调用友元函数访问私有成员.
	system("pause");
	return 0;
}

② 友元函数类内定义和类外定义的细微区别?

首先友元函数的声明和普通函数的声明不太一样,友元函数的声明在第一次遇到这个friend友元声明的时候只是提供了这个函数的访问域.所以如果你在类内定义了一个友元函数,但是在类外没有声明,就没法去进行调用,可以看看下面的例子.

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* 作者: Fioman
* 邮箱: geym@hengdingzhineng.com
* 时间: 2022/3/22
* 格言: Talk is cheap,show me the code ^_^
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#include <iostream>
using namespace std;
class Simple
{
public:
	friend void func()
	{
		cout << "类内定义的友元函数,如果类外需要直接调用,必须提供对应的访问作用域." << endl;
	}
};

void func(); // 友元函数的声明,为了可以访问,所以要声明
int main()
{
	func(); // 如果上面的声明注释掉,这里就会报错,显示未定义
	system("pause");
	return 0;
}

那么可不可以类内定义的友元函数,类外没有声明的时候,来进行调用的.答案是可以的.
如果类内定义的友元函数的参数是定义的那个友元函数的相同的类型,则也是可以直接调用友元函数的.
原理:当调用一个友元函数的时候,名字搜索域也包含与实参关联的那些名称空间和类中的名字.也就是说类内的名字在调用友元函数的时候,友元函数的实参的类域内也是可见的.

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* 时间: 2022/3/22
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#include <iostream>
using namespace std;
class Simple
{
	friend void print(const Simple s)
	{
		// 包含类的实参,外部可以直接调用
	}
};
int main()
{
	Simple s;
	print(s);// 这里直接调用不会报错,以为调用友元函数的时候,会所有Simple类的类域

	system("pause");
	return 0;
}

③ 类做友元

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的时候,可以将类声明为另一个类的友元类.

1. 目的: 使用单个声明使得类B的所有函数都为类A的友元函数,它提供了一种类之间的合作的方式,使得类B可以具有类A的功能.B是A的友元函数,B中的成员函数可以访问A中的所有成员.则在B中,可以借助A中,可以直接使用A.私有变量的形式访问私有变量.
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

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* 作者: Fioman
* 邮箱: geym@hengdingzhineng.com
* 时间: 2022/3/22
* 格言: Talk is cheap,show me the code ^_^
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#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Girl
{
private:
	string mName;
	int mAge;
	friend class Boy; // 声明Boy类是Girl类的友元
public:
	Girl(string n, int age) :mName(n), mAge(age) {}; // Girl的构造函数
};

class Boy
{
private:
	string mName;
	int mAge;
public:
	Boy(string n, int age) :mName(n), mAge(age) {};
	void print_info(Girl& g);
};

void Boy::print_info(Girl &g) // 该函数必须在Girl类定义的后面定义,否在Girl类中的私有变量还是未知的
{
	cout << "Boy的  姓名: " << mName << ", 年龄: " << mAge << endl;
	cout << "Girl的 姓名: " << g.mName << ", 年龄: " << g.mAge << endl;
	// 借助友元可以在Boy类中访问Girl的对象
	// 如果Boy不是Girl的友元类,正常情况下,只能在Girl类中访问Girl的私有成员
}


int main()
{
	Boy b("小明", 8);
	Girl g("小红", 22);
	b.print_info(g);
	system("pause");
	return 0;
}

结果:

④ 使用类B的一个成员函数作为类A的友元函数

1. 目的: 使得类B的一个成员函数成为类A的友元,可以让类B的这个成员函数可以直接借助A访问A的私有和保护成员.
2. 语法: 声明位置: 声明在公有和私有皆可(本身为函数),声明的位置的意思是某个类的成员函数是本类的友元.
3. 调用: 先定义B的对应b - 使用b调用自己的成员函数,自己的成员函数通过友元机制访问A中的私有成员或者是保护成员

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* 时间: 2022/3/22
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#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Boy;
class Girl
{
public:
	Girl(string name, int age) :mName(name), mAge(age)
	{
		cout << "Girl的构造函数被调用!" << endl;
	}
	void print_info(Boy &b); // 函数声明,然后再去定义
private:
	string mName;
	int mAge;
};

class Boy
{
public:
	Boy(string name, int age):mName(name),mAge(age)
	{
		cout << "Boy的构造函数被调用!" << endl;
	}
	friend void Girl::print_info(Boy &b); // 声明Girl类的print_info为本类的友元函数.
private:
	string mName;
	int mAge;
};


// 友元函数的定义,在Girl类中访问Boy类的成员
void Girl::print_info(Boy &b)
{
	cout << "男孩: 姓名: " << b.mName << ",年龄: " << b.mAge << endl;
	cout << "女孩: 姓名: " << mName << ",年龄: " << mAge << endl;
}


int main()
{
	Boy b("小强", 22);
	Girl g("小红", 19);
	g.print_info(b);
	system("pause");
	return 0;
}

成员函数作为友元函数的时候的注意事项:

1. 友元函数是在类内声明的,在类外定义.并且声明友元函数的时候,类必须已经存在,要先声明.
2. 使用类名::友元函数的时候,这个类名必须事先声明过,不然就会报错.

注意:

1. 友元关系不具备传递性
2. 类的友元可以是其他类的成员函数
3. 类的友元可以是某个完整的类
4. 友元关系不能被继承,不具备交换性.