C++ 友元

C++ 友元

syndi

2020 年 03 月 28 日

939 次浏览

暂无评论

444字数

友元

C++中友元分为：友元函数和友元类

封装是面向对象的三个基本特征之一，C++中通过类的概念将功能封装在内部，只对外提供 api 接口。而友元提供了一种突破封装的方式，这有时提供了便利，但突破封装意味着耦合度的增加，所以友元需要“酌情使用”。

友元函数

我们知道，C++ 的运算符重载函数的参数中，有一个隐藏的 this指针，这通常代表了这个操作符的第一个操作数，例如下面这个例子：

class cls {
public:
    int operator+(int num) {}
}

加号有两个操作数，左操作数对应隐含的 this 指针，右操作数才对应参数列表中的 num 。但这带来了一个限制，即类对象必须是这个运算符的左操作数才能触发重载的运算符，例如

int main() {
    cls obj;
    
    cout << obj + 1 << endl;  // 正确，类对象在操作符左边
    cout << 1 + obj << endl;  // 错误，类对象在操作符右边
}

这个限制在大多数时候没什么关系，毕竟 1 + obj 和 obj + 1 没啥区别，但对于两个特殊的操作符来说，这就很严重了。

输入运算符 >> 和输出运算符 << 就不同寻常，他们的左操作数通常是该运算符要读取的流的引用，例如 cout << 123 和 cin >> a 。所以如果你想重载你自己的类的输入输出运算符就很难办到。一个解决办法是声明一个全局的输入输出运算符重载函数，这样你就可以自由的控制参数的顺序，例如这样：

class cls {
public:
    int a;
};

ostream &operator<<(ostream &os, cls _obj) {
    os << _obj.a;
}

但这样的限制在于，全局的运算符重载函数没有 this 指针，所以不能访问私有属性，这就导致很难完成输入输出的任务，除非你像上面一样把属性定义成公有的，但这很明显不符合常理。

所以最终的解决方案就是友元函数，友元函数可以让一个非成员函数访问类的私有成员。

class cls {
friend ostream &operator<<(ostream &os, cls &obj);
friend istream &operator>>(istream &is, cls &obj);
public:
    cls(int _a, int _b) {
        a = _a;
        b = _b;
    }
private:
    int a, b;
};

ostream &operator<<(ostream &os, cls &obj) {
    os << obj.a << "-" << obj.b << endl;
    return os;
}

istream &operator>>(istream &is, cls &obj) {
    is >> obj.a >> obj.b;
    return is;
}

int main() {
    cls obj(1, 2);

    cout << obj;
    cin >> obj;
    cout << obj;

    return 0;
}

如代码所示，友元函数通过 friend 关键字指定，在这个类中通过 friend 关键字指定了两个友元函数，分别是输入运算符的重载和输出运算符的重载。则此时这两个重载函数虽然不是类的成员函数，但却可以访问类对象的私有成员。

友元函数有下面这些特性：

友元函数可以访问类的私有成员，但它不是类的成员函数。
友元函数不能用 const 修饰，原因显而易见，友元函数没有 this 指针。
友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受访问限定符限制。
一个函数可以是多个类的友元函数。

友元类

友元类的概念类似友元函数，假如一个类是另一个类的友元类，则相当于这个类中的所有成员函数都是另一个类的友元函数。

class Date;  // 前置声明
class Time {
friend class Date;  // 声明 Date 类为 Time 类的友元类，则相当于 Date 类中所有的成员函数都是 Time 类的友元函数
public:
    Time(int hour, int minute, int second)
        : _hour(hour)
        , _minute(minute)
        , _second(second) {}
private:
    int _hour, _minute, _second;
};

class Date {
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1) 
        : _year(year)
        , _month(month)
        , _minute(minute) {}
    void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second) {
        // 直接访问 Time 类的私有成员
        _t._hour = hour;
        _t._minute = minute;
        _t._second = second;
    }
private:
    int _year, _month, _day;
    Time _t;
}

友元类是单向的，不具有交换性。上面的例子中，Date 类是 Time 类的友元类，则 Date 类中的函数可以直接访问 Time 类的私有成员。但 Time 类不是 Date 类的友元类。
友元关系不能传递。如果 B 是 A 的友元类，C 是 B 的友元类，不代表 C 是 A 的友元类。

C++ 友元