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【C++指南】类和对象（七）：友元

article 2025/2/5 15:02:25

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⏩ 文章专栏：《C++指南》

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引言

🍃友元的介绍

🍃友元函数

🍃友元类

🍃相关规则的用法

结语

引言

在C++编程语言中，友元是一种特殊的访问控制机制，它允许一个类或函数访问另一个类的私有成员。

友元关系可以是函数与类之间，也可以是类与类之间。友元机制虽然增强了类的灵活性，但也破坏了封装性，因此在使用时需要谨慎。

🍃友元的介绍

友元关系在C++中是一种单向的、非传递的关系。

当一个类或函数被声明为另一个类的友元时，它能够绕过访问权限进行访问，即使这些成员在普通情况下对外是不可见的。

友元的声明通常放在类的定义中，位于public、protected和private之外，使用friend关键字进行声明。

友元函数和友元类的声明确实可以在类定义的任何地方进行，且不受类访问限定符（如public、protected、private）的限制。

⼀个函数可以是多个类的友元函数，一个类也可以是多个类的友元类。

🍃友元函数

友元函数是一种特殊的函数，它可以访问类的私有成员，尽管它不是类的成员函数。

友元函数的声明通常位于类的声明中，但其实现则位于类外部。

语法：

class MyClass {  
private:  
    int privateData;  
public:  
    MyClass(int data) : privateData(data) {}  
    // 声明友元函数  
    friend void friendFunction(const MyClass& obj);  
    // Getter函数  
    int getPrivateData() const {  
        return privateData;  
    }  
};  
  
// 友元函数实现  
void friendFunction(const MyClass& obj) {  
    cout << "Friend function accessing private data: " << obj.privateData << endl;  
}

使用场景：

当需要重载类的操作符（如<<、>>、+、-等）时，友元函数可以访问私有成员，实现合适的操作。
在某些情况下，使用友元函数可以提高程序的执行效率，因为它可以直接访问类的私有成员，而不需要通过访问器函数（getter和setter）。

注意事项：

友元函数破坏了类的封装性，可能会降低代码的安全性和可维护性。
当程序变得复杂时，友元函数的使用可能会导致代码变得难以理解和维护。

🍃友元类

友元类是指一个类被声明为另一个类的友元。这意味着被声明为友元的类可以访问另一个类的私有成员，类似于友元函数的概念，但是是对整个类的授权。

语法：

class MyClass;  
class FriendClass {  
public:  
    void accessPrivateData(const MyClass& obj);  
};  
  
class MyClass {  
private:  
    int privateData;  
public:  
    MyClass(int data) : privateData(data) {}  
    // 声明友元类  
    friend class FriendClass;  
    int getPrivateData() const {  
        return privateData;  
    }  
};  
  
// 友元类成员函数实现  
void FriendClass::accessPrivateData(const MyClass& obj) {  
    cout << "Friend class accessing private data: " << obj.privateData << endl;  
}

使用场景：

友元类通常用于需要多个类之间紧密协作的情况，允许这些类访问彼此的私有成员。

注意事项：

友元类同样破坏了类的封装性，需要谨慎使用。
友元关系不具备传递性，即如果A是B的友元，B是C的友元，A不一定是C的友元。

🍃相关规则的用法

友元函数的声明和实现：
- 友元函数在类的内部声明，使用friend关键字。
- 友元函数的实现位于类外部，可以像普通函数一样进行定义。
友元类的声明：
- 友元类在目标类中使用friend关键字进行声明。
- 友元类的所有成员函数都可以访问目标类的私有成员。
友元关系的单向性和非传递性：
- 友元关系是单向的，即A是B的友元，并不意味着B是A的友元。
- 友元关系是非传递的，即如果A是B的友元，B是C的友元，A不一定是C的友元。
友元成员函数的声明：
- 友元成员函数是在一个类中声明的成员函数，但被声明为另一个类的友元函数。
- 友元成员函数可以访问被授权类的私有成员。

代码示例（友元成员函数）：

class FriendClass;  
  
class MyClass {  
private:  
    int privateVar;  
public:  
    MyClass(int val) : privateVar(val) {}  
    // 友元成员函数，声明FriendClass的成员函数为友元  
    friend void FriendClass::accessPrivateVar(MyClass& obj);  
};  
  
class FriendClass {  
public:  
    void accessPrivateVar(MyClass& obj) {  
        // 友元成员函数可以访问MyClass的私有成员  
        int x = obj.privateVar;  
        cout << "Friend class member function accessing private data: " << x << endl;  
    }  
};  
  
int main() {  
    MyClass myObj(42);  
    FriendClass friendObj;  
    friendObj.accessPrivateVar(myObj); // 调用友元类的成员函数  
    return 0;  
}