C++学习笔记46——友元与继承

1，总的原则

继承层次中关于友元的总原则就是：友元关系不能继承。可以概述如下：

1. 老爸的朋友不一定是我的朋友；
2. 朋友的儿子不一定还是朋友；
3. 由以上两条不难推出：老爸的朋友的儿子不一定还是朋友

但具体实施起来情况更为复杂，下面分别验证。

2，验证派生类不能继承基类的友元

// 类的定义struct Frnd;//类的前置声明class Baba{public:friend Frnd;//友元声明，还记得吗？protected:void test() { cout << "I am your father!\n" << endl; }};class Son2: public Baba{private:void son_test() { cout << "I am your son!\n" << endl; }};struct Frnd{//友元可以使用派生类从基类继承的成员，但不能使用派生类自己新定义的成员void check(Baba  &f) { f.test(); }void check2(Son2 &s) { s.test(); }//void check3(Son2 &s) { s.son_test(); }//error C2248: “Son2::son_test”: 无法访问 private 成员(在“Son2”类中声明)};//主函数int main(){Baba f;Son2 s;Frnd frd;//1,验证派生类不能继承父类的友元frd.check(f);// OKfrd.check(s);// 居然也OK，使用基类的地方可以使用派生类frd.check2(s);// 居然还OK！}

输出如下：

应当注意几点：

1. 类Frnd的定义体内不能使用s.son_test()证明了基类的友元不再是派生类的友元；
2. check2的定义体证明，派生类中从基类继承过来的成员还是对友元开放的；
   
3. main函数中frd.check(s)的用法，是在需要基类的地方使用public派生类。

3，验证友元、继承与动态绑定

// 结构体定义struct Frnd;class Baba{public:friend Frnd;protected:virtual void test() { cout << "I am your father!\n" << endl; }};class Son2 : public Baba{private:virtual void test() { Baba::test(); cout << "son again!\n"; }void son_test() { cout << "I am your son!\n" << endl; }};struct Frnd{//友元可以使用派生类从基类继承的成员，但不能使用派生类自己新定义的成员void check(Baba  &f) { f.test(); }//void check2(Son2 &s) { s.test(); }//error C2248: “Son2::test”: 无法访问 private 成员(在“Son2”类中声明)};//主函数int main(){Baba f;Son2 s;Frnd frd;frd.check(f);// OKfrd.check(s);// 居然也OK}

输出结果：

这段代码最让人困惑的地方在于：Frnd中check2定义失败是由于它需要使用Son2::test()，但是在主函数中frd.check(s)借由动态绑定事实上也使用了Son2::test()——这一点可以由输出打印结果确认——但是却运行正确。就好像是用动态绑定骗过了编译器一样。

我们将友元与virtual函数的关系总结如下：

1. 我们知道派生类中的成员分为3类：直接继承自基类的成员、重定义的虚函数和自己新增的成员；
2. 基类的友元函数可以使用直接继承自基类的成员，不可以使用派生类新增的成员
3. 对于派生类重定义的虚函数，基类的友元不能通过派生类的对象直接使用，因为这样必然导致使用的是派生类中的版本；但是可以通过动态绑定使用：即友元名义上用的是指向基类的指针或引用，但实际上该指针或引用指向了派生类的对象，友元中可以使用这种方法使用派生类的virtual成员，别且最终用到的还是派生类中的版本。

由以上3条我们可以推测：如果改变条件将动态绑定取消，比如讲check()改为通过值传递的版本，则check直接使用基类中的版本：

//其他地方不变，将check改为值传递版本struct Frnd{//友元可以使用派生类从基类继承的成员，但不能使用派生类自己新定义的成员void check(Baba  f) { f.test(); }//void check2(Son2 &s) { s.test(); }//error C2248: “Son2::test”: 无法访问 private 成员(在“Son2”类中声明)};

则输出结果如下：

两次使用的都是基类中的版本。

4，验证友元的派生类不再是友元

其他代码不变，增加如下定义：

//3，验证友元的派生类不再是友元struct FrndSon:public Frnd{//error C2248: “Baba::test”: 无法访问 protected 成员(在“Baba”类中声明)//void son_check(Baba  &f) { f.test(); }};

主函数如下实现：

int main(){Baba f;Son2 s;FrndSon fs;fs.check(f);fs.check(s);}

输出结果与上一节一模一样：

总结如下：

1. FrndSon中不能使用Baba中的protected成员，证明Frnd对Baba的友元关系没有继承给Frnd的派生类FrndSon；
2. FrndSon的对象还是可以使用继承自Frnd的public成员函数check，而check()是Baba的友元，这种友元关系不变。

脑洞开一下，由于FrndSon是Frnd的派生类，那么FrndSon中的成员同样可以分成3类：直接继承自基类的成员、重定义的虚函数和自己新增的成员。直接继承自基类的成员(check)仍然是友元，自己新增的成员(son_check)不是友元已经验证过了。那么重定义的虚函数还是不是友元呢？

struct Frnd{//友元可以使用派生类从基类继承的成员，但不能使用派生类自己新定义的成员void check(Baba  &f) { f.test(); }virtual void v_check(Baba  &f) { f.test(); }//void check2(Son2 &s) { s.test(); }//error C2248: “Son2::test”: 无法访问 private 成员(在“Son2”类中声明)};//3，验证友元的派生类不再是友元struct FrndSon:public Frnd{//error C2248: “Baba::test”: 无法访问 protected 成员(在“Baba”类中声明)//virtual void v_check(Baba  &f) { f.test(); }//error C2248: “Baba::test”: 无法访问 protected 成员(在“Baba”类中声明)//void son_check(Baba  &f) { f.test(); }};

毫不意外，虚函数同样没有获得友元属性。

其实简单来说就是：友元的派生类(FrndSon)的类定义体中不能用到其他类(Baba)的protected或private成员。