C++命名空间与友元函数

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C++命名空间与友元函数 2011-07-14 12:47:57

标签：C++namespace命名空间 友元函数

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     最近在写地瓜皮，使用命名空间同时使用友元函数的时候发生了一个神奇的compile error，经过思考，终于将问题解决了。现在发布出来，希望能够对大家有所帮助。

     先简单说说命名空间。在写C工程的时候，尤其是万行以上的程序，命名空间冲突是一个很让人崩溃的事情。目前使用的最多的解决办法就是把函数的名字搞的非常非常长（学过GTK的同学应该有所体会）。在C++中，增加了一个叫做“命名空间”的特性，它由关键字“namespace”来声明、定义和使用。相信学过C++的同学对“命名空间”的使用方法都有了比较深入的理解，我在此就不再介绍了。

     而当我们有时需要重载类的某些运算符的时候，又难以避免地用到“友元函数”。曾经有过大牛批判过“友元函数”破坏类的封装性。不过对于我这种低水平的coder，“友元函数”确实带来了不少方便的地方。

    问题一：

    先给大家看一个简单的代码：

class istream; 
istream& operator>>(istream&,int&); 
class CA 
{ 
    int a; 
    friend istream& operator>>(istream&,CA& ); 
}; 
istream& operator>>(istream& is,CA& a) 
{ 
    is>>a.a; 
    return is; 
} 
int main() 
{ 
   extern istream stream; 
   elephant::CA a; 
   stream>>a;
}

     保存为a.cpp之后编译（不要链接）。

  g++ -c a.cpp

     由于这里没有istream这个类的定义，所以链接肯定会失败。使用-c选项只编译不链接。

    这时编译没有任何问题。

    当我想把CA这个类包含在一个elephant命令空间后，出现问题了。用代码说话：

 

class istream; 
istream& operator>>(istream&,int&); 
namespace elephant 
{ 
    class CA 
    { 
        int a; 
        friend istream& operator>>(istream&,CA& ); 
    }; 
} 
istream& operator>>(istream& is,elephant::CA& a) 
{ 
    is>>a.a; 
    return is; 
} 
int main() 
{ 
   extern istream stream; 
   elephant::CA a; 
   stream>>a;
}

    同样，只编译，不链接，报告错误：

#  g++ -c a.cpp
a.cpp: In function ‘istream& operator>>(istream&, elephant::CA&)’:
a.cpp:7: error: ‘int elephant::CA::a’ is private
a.cpp:13: error: within this context

    说啥？说a是私有成员，不能访问。我都让你friend了，你告诉我不能访问，这是怎么回事？

    我们尝试修改一下代码，将operator>>函数也加入elephant命名空间，即，将第11行改成：

 

istream& elephant::operator>>(istream& is,elephant::CA& a) 

    只编译，不链接，报告错误：   

＃  g++ -c a.cpp
a.cpp:11: error: ‘istream& elephant::operator>>(istream&, elephant::CA&)’ should have been declared inside ‘elephant’

    它说这个函数应该在elephant命名空间里面declare一下（相信大家能够区分declare和define的区别，前一个是“声明”，后一个是“定义”）。那么我们就declare一下。完整代码如下：
   

class istream; 
istream& operator>>(istream&,int&); 
namespace elephant 
{ 
    class CA 
    { 
        int a;
        friend istream& operator>>(istream&,CA& ); 
    }; 
    istream& operator>>(istream&,CA&); 
} 
istream& elephant::operator>>(istream& is,elephant::CA& a) 
{ 
    is>>a.a; 
    return is; 
} 
int main() 
{ 
    extern istream stream; 
    elephant::CA a; 
    stream>>a; 
} 

    只编译，不链接。编译成功。

    总结：

        1、friend没有对函数进行声明，所以我们要另外声明一下这个函数。friend仅仅是告诉这个类，这个函数对这个类的私有成员有访问权限。

        2、在命名空间内部进行声明的函数已经被包含进了命名空间，在定义的时候要使用命名空间说明符。

        3、friend仅仅说明了elephant::operator>>函数是类CA的友元函数，而operator>>函数并不是类CA的友元函数。所以operator>>访问类CA的私有成员，编译器会报告错误。

        4、elephant::operator>>与operator>>并不是一个函数。前者是定义在elephant命名空间下的函数，而后者则是定义在全局的函数。

 

    问题二：

        还是一个简单的代码：

 

void output(int a); 
class SA 
{ 
    int data; 
    friend void output(const SA&); 
}; 
void output(const SA& a) 
{ 
    output(a.data); 
} 
int main() 
{ 
    SA a; 
    output(a); 
} 

    只编译，不链接。没有任何问题。现在，同样的，我要将类SA放在elephant命名空间里。根据问题一的讨论，我们也得把output函数放在elephant命名空间里。代码如下：

 

namespace elephant 
{ 
    class SA 
    { 
        int data; 
        friend void output(const SA&); 
    }; 
    void output(int a); 
    void output(const SA&); 
} 
void elephant::output(const elephant::SA& a) 
{ 
    output(a.data); 
} 
int main() 
{ 
    elephant::SA a; 
    elephant::output(a); 
} 

    只编译，不链接。没有任何问题。

    可是，在我的地瓜皮里面，由于某种特殊的需要，我希望output函数及它所有的重载函数全都定义在全局空间里。怎么办？

    我进行了两次尝试。第一个尝试是失败的，上代码：

   

void output(int a); 
namespace elephant 
{ 
    class SA; 
} 
void output(const elephant::SA&); 
namespace elephant 
{ 
    class SA 
    { 
        int data; 
        friend void output(const SA&); 
    }; 
} 
void output(const elephant::SA& a) 
{ 
    output(a.data); 
} 
int main() 
{ 
    elephant::SA a; 
    output(a); 
} 

    由于output函数需要用到elephant::SA类型的参数，所以对elephant::SA做了一个前向声明。但是，明显的，这是不行的。根据问题一的讨论，elephant::output对elephant::SA的私有成员有访问权限，而output没有。

    如何解决这个问题？或者说，如何将全局空间的output函数声明为elephant::SA的友元函数。答：使用全局空间说明符。上代码：

   

void output(int a); 
namespace elephant 
{ 
    class SA; 
} 
void output(const elephant::SA&); 
namespace elephant 
{ 
    class SA 
    { 
        int data; 
        friend void ::output(const SA&); 
    }; 
} 
void output(const elephant::SA& a) 
{ 
    output(a.data); 
} 
int main() 
{ 
    elephant::SA a; 
    output(a); 
} 

    只编译，不链接。成功。

    “::”前面是一个空格，这个叫做全局空间说明符。相信大家在学习C++的时候已经学过。在此不再详细解释。

    总结：

        1、在命名空间内定义类的友元函数的时候，它默认是指向相同命名空间内的函数。

        2、如需指向全局空间内的函数，需要使用全局空间说明符说明。

 

 

    相关信息：

        操作系统：ubuntu linux 10.10 maverick

        编译器：g++ version 4.4.5 (Ubuntu/Linaro 4.4.4-14ubuntu5)

 

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