C++基本语法记之友元

友元函数和友元类


        采用类的机制后实现了数据的隐藏与封装，类的数据成员一般定义为私有成员，成员函数一般定义为公有的，依此提供类与外界间的通信接口。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。

友元函数： 
      友元函数是可以直接访问类的私有成员的非成员函数。它是定义在类外的普通函数，它不属于任何类，但需要在类的定义中加以声明，声明时只需在友元的名称前加上关键字friend，其格式如下：
      friend  类型 函数名(形式参数);

      友元函数的声明可以放在类的私有部分，也可以放在公有部分，它们是没有区别的，都说明是该类的一个友元函数。
      一个函数可以是多个类的友元函数，只需要在各个类中分别声明。
      友元函数的调用与一般函数的调用方式和原理一致。

 

友元类： 
      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时，可以将该类声明为另一类的友元类。定义友元类的语句格式如下：
      friend class 类名;
      其中：friend和class是关键字，类名必须是程序中的一个已定义过的类。

      例如，以下语句说明类B是类A的友元类：
      class A
      {
             …
      public:
             friend class B;
             …
      };
      经过以上说明后，类B的所有成员函数都是类A的友元函数，能存取类A的私有成员和保护成员。

 

示例：
class rational {
public:
rational(int numerator = 0, int denominator = 1);

private:

const int numerator ;
const int denominator;
...
}; 

要对它增加加，减，乘等算术操作支持，但是，该用成员函数还是非成员的友元函数来实现呢？

考虑到要支持混合类型操作，比如，rational要能和int相乘。但当写下下面的代码时，只有一半工作：

rational onehalf(1, 2); 

result = onehalf * 2; // 运行良好

result = 2 * onehalf; // 出错! 

 

此时就需要友元函数登场了。

 

const rational operator*(const rational& lhs, const rational& rhs)
{
       return rational(lhs.numerator * rhs.numerator, hs.denominator * rhs.denominator);
} 

rational onefourth(1, 4);
rational result;

result = onefourth * 2; // 工作良好
result = 2 * onefourth; // 万岁, 它也工作了! 

 

还记得要在类rational中声明友元函数，如下：

 

class rational {
public:
rational(int numerator = 0, int denominator = 1);

friend const rational operator*(const rational& lhs, const rational& rhs);

private:

const int numerator ;
const int denominator;
...
}; 

 

友元函数要在一个类体内说明,形式为:
friend 类型名 友元函数名(形参表);
然后在类体外对友元函数进行定义,定义的格式和普通函数相同,但可以通过对象作为参数直接访问对象的私有成员
友元函数说明如下:
1)必须在类的说明中说明友元函数,说明时以关键字friend开头,后跟友元函数的函数原型,友元函数的说明可以出现在类的任何地方,包括在private和public部分;
2)注意友元函数不是类的成员函数,所以友元函数的实现和普通函数一样,在实现时不用"::"指示属于哪个类,只有成员函数才使用"::"作用域符号;
3)友元函数不能直接访问类的成员,只能访问对象成员,
4)友元函数可以访问对象的私有成员,但普通函数不行;
5)调用友元函数时,在实际参数中需要指出要访问的对象。

使用友元类时注意：
            (1) 友元关系不能被继承。
            (2) 友元关系是单向的，不具有交换性。若类B是类A的友元，类A不一定是类B的友元，要看在类中是否有相应的声明。
            (3) 友元关系不具有传递性。若类B是类A的友元，类C是B的友元，类C不一定是类A的友元，同样要看类中是否有相应的申明