<C++略识>之友元

C++有了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，以此提供类与外界的通信接口。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类的友元函数。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：

1. 为什么要使用友元函数？
   在实现类之间数据共享时，减少系统开销，提高效率。如果类A中的函数要访问类B中的成员（例如：智能指针类的实现），那么类A中该函数要是类B的友元函数。具体来说：为了使其他类的成员函数直接访问该类的私有变量。即：允许外面的类或函数去访问类的私有变量和保护变量，从而使两个类共享同一函数。实际上具体大概有下面两种情况需要使用友元函数：
   （1）运算符重载的某些场合需要使用友元。（2）两个类要共享数据的时候。

2. 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。（我的习惯是一般放在类开始的地方）

3. 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);

4. 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。

友元类：

1. 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）。

2. 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{    friend class B;public:    // to do..};

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。

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

下面看看友元的几种情况

1. 将全局函数声明为友元函数

#include<iostream>#include<string>using namespace std;class Student{    friend void display(Student &);  //将全局函数display声明为Student类的友元函数public:    Student(string name, int age, int score);private:    string m_strName;    int m_iAge;    int m_iScore;};Student::Student(string name, int age, int score){    m_strName = name;    m_iAge = age;    m_iScore = score;}//普通全局函数void display(Student &stu){    cout<<stu.m_strName<<"的年龄是 "<<stu.m_iAge<<"，成绩是 "<<stu.m_iScore<<endl;}int main(){    Studentstu("小明", 16, 95);    display(stu);    system("pause");    return 0;}

运行结果： 小明的年龄是 16，成绩是 95

2. 将其他类的成员函数声明为友元函数

#include<iostream>#include<string>using namespace std;class Address; //对Address类的提前引用声明class Student//声明Student类{public:    Student(string name, int age, int score);    void display(Address &); //这里的display函数参数是Address类型，所以开头要提前引用声明private:    string m_strName;    int m_iAge;    int m_iScore;};class Address//声明Address类{    friend void Student::display(Address &); //将Student类中的成员函数display声明为友元函数public:    Address(string province, string city, string district);private:    string m_strProvince; //省    string m_strCity; //市    string m_strDistrict; //县};Address::Address(string province, string city, string district) //Address构造函数的实现{    m_strProvince = province;    m_strCity = city;    m_strDistrict = district;}Student::Student(string name, int age, int score)  //Student构造函数的实现{    m_strName = name;    m_iAge = age;    m_iScore = score;}void Student::display(Address &add)//Student成员函数的实现{    cout<<m_strName<<"的年龄是 "<<m_iAge<<"，成绩是 "<<m_iScore<<endl;    cout<<"家庭住址："<<add.m_strProvince<<"省"<<add.m_strCity<<"市"<<add.m_strDistrict<<"县"<<endl;}int main(){    Studentstu("小明", 16, 95);    Address add("江苏", "扬州", "宝应");    stu.display(add);    system("pause");    return 0;}

运行结果：
小明的年龄是 16，成绩是 95
家庭住址：江苏省扬州市宝应县

3. 将其他类声明为友元类

#include<iostream>#include<string>using namespace std;class Match;class Time{        friend Match; //声明Match类为Time类的友元类public:    Time(int hour, int min, int sec);private:    void printTime();     int m_iHour;    int m_iMinute;    int m_iSecond;};class Match{public:    Match(int hour, int min, int sec);    void testTime();private:    Time m_tTimer;}; Time::Time(int hour, int min, int sec){    m_iHour = hour;    m_iMinute = min;    m_iSecond = sec;}void Time::printTime(){    cout<<m_iHour<<"时"<<m_iMinute<<"分"<<m_iSecond<<"秒"<<endl;}Match::Match(int hour, int min, int sec):m_tTimer(hour, min, sec)//通过初始化列表来实例化m_tTimer的三个参数{// to do}void Match::testTime(){    m_tTimer.printTime(); //访问Time的私有成员函数    cout<<m_tTimer.m_iHour<<":"<<m_tTimer.m_iMinute<<":"<<m_tTimer.m_iSecond<<endl; //访问Time类的私有数据成员}int main(){    Matchm(11,20,30);    m.testTime();    system("pause");    return 0;}

运行结果：
11时20分30秒
11:20:30

注意事项：

1. 友元可以访问类的私有成员。

2. 只能出现在类定义内部，友元声明可以在类中的任何地方，一般放在类定义的开始或结尾。

3. 友元可以是普通的非成员函数，或前面定义的其他类的成员函数，或整个类。

4. 类必须将重载函数集中每一个希望设为友元的函数都声明为友元。

5. 友元关系不能继承，基类的友元对派生类的成员没有特殊的访问权限。如果基类被授予友元关系，则只有基类具有特殊的访问权限。该基类的派生类不能访问授予友元关系的类。