C++中的友元函数和友元类

今天在准备计算机等级考试的时候，被一系列的友元函数给搞混了，现在结合自己的理解和查阅的资料来总结下友元函数和友元类。

百度百科上对友元函数是这样定义的：友元函数是指某些虽然不是类成员却能够访问类的所有成员的函数。。类授予它的友元特别的访问权。通常同一个开发者会出于技术和非技术的原因，控制类的友元和成员函数（否则当你想更新你的类时，还要征得其它部分的拥有者的同意）。

为什么会有友元函数？

结合着类的特性和类中一般成员函数，我们可以这样理解：类具有封装和信息隐藏的特性。只有类的成员函数才能访问类的私有成员，程序中的其他函数是无法访问私有成员的。非成员函数可以访问类中的公有成员，但是如果将数据成员都定义为公有的，这又破坏了隐藏的特性。另外，应该看到在某些情况下，特别是在对某些成员函数多次调用时，由于参数传递，类型检查和安全性检查等都需要时间开销，而影响程序的运行效率。

为了解决上述问题，提出一种使用友元的方案。友元是一种定义在类外部的普通函数，但它需要在类体内进行说明，为了与该类的成员函数加以区别，在说明时前面加以关键字friend。友元不是成员函数，但是它可以访问类中的私有成员。友元的作用在于提高程序的运行效率，但是，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。

友元函数的特点是能够访问类中的私有成员的非成员函数。友元函数从语法上看，它与普通函数一样，即在定义上和调用上与普通函数一样。下面举一例子说明友元函数的应用。

class Point  
{  
public:  
Point(double xx, double yy) { x=xx; y=yy; }  
void Getxy();  
friend double Distance(Point &a, Point &b);  
private:  
double x, y;  
};  
void Point::Getxy()  
{  
cout<<"("<<<","<<Y<<")"<<ENDL;< FONT>  
}  
double Distance(Point &a, Point &b)  
{  
double dx = a.x - b.x;  
double dy = a.y - b.y;  
return sqrt(dx*dx+dy*dy);  
}  
void main()  
{  
Point p1(3.0, 4.0), p2(6.0, 8.0);  
p1.Getxy();  
p2.Getxy();  
double d = Distance(p1, p2);  
cout<<"Distance is"<<  
FONT>
}

说明：在该程序中的Point类中说明了一个友元函数Distance()，它在说明时前边加friend关键字，标识它不是成员函数，而是友元函数。它的定义方法与普通函数定义一样，而不同于成员函数的定义，因为它不需要指出所属的类。但是，它可以引用类中的私有成员，函数体中 a.x，b.x，a.y，b.y都是类的私有成员，它们是通过对象引用的。在调用友元函数时，也是同普通函数的调用一样，不要像成员函数那样调用。

本例中，p1.Getxy()和p2.Getxy()这是成员函数的调用，要用对象来表示。而Distance(p1, p2)是友元函数的调用，它直接调用，不需要对象表示，它的参数是对象。

再举几个例子，我们来分析下全局函数作友元、其它类的成员函数作友元、运算符重载中使用友元的情况：

全局函数作友元

要使用全局函数作友元函数，也就是说全局函数中要使用当前这个类的实例，因此，全局函数的定义必须放在这个类的后面，否则，编译时这个类的实例就成了未定义的数据类型了。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class ca {
    string id;
    void setId(string s) {
        id = s;
    }
protected:
    string name;
    void setName(string s) {
        name = s;
    }
public:
    void print() {
        cout << id << "  " << name << "  " << endl;
    }
    friend void fun(ca& a);    //申明全局函数作友元，允许它访问私有保护成员
};

class derive : public ca { };    //ca类的派生类

void fun(ca& a) {        //作友元的函数要定义在那个类的后面
    a.id = "987";        //这是ca类的私有成员
    a.setName("xyz");    //这是ca类的保护成员
}

int main ( )
{
    ca a;
    //a.fun(...);    //友元函数不是当前类的成员函数，所以这句编译出错
    fun(a);
    a.print();

    derive d;
    fun(d);    //作参数时，类型转换为ca类
    d.print();

    return 0;
}

运行结果 为

其它类的成员函数作友元

别的类的成员函数作友元，也就是说这2个类相互调用，这样无论谁定义在前在后，编译时都有冲突。要解决这个问题，只要将类的申明、定义、实装分开就可以了。请注意例子中的解说。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class ca;    //事先申明ca类，确保cb类的定义不出错

class cb {    //在ca类之前定义cb类，确保在ca类里申明cb的test()作友元时不出错
public:
    void test(ca& a);    //由于ca类事先申明，这儿不出错
};

class ca {
    string id;
    void setId(string s) {
        id = s;
    }
protected:
    string name;
    void setName(string s) {
        name = s;
    }
public:
    void print() {
        cout << id << "  " << name << "  " << endl;
    }
    friend void cb::test(ca& a);    //申明cb类的test()函数作友元，允许它访问私有保护成员
};

void cb::test(ca& a) {  //作友元的成员函数的实装必须在ca类的后面，否则ca类的成员就未定义了。
    a.id = "123";        //这是ca类的私有成员
    a.setName("abc");    //这是ca类的保护成员
}

int main ( )
{
    ca a;
    cb b;
    b.test(a);
    a.print();

    return 0;
}

运行结果：

运算符重载中使用友元

操作符重载由类的函数改为全局函数，也就是说，这个运算符不是这个类的，而是正常使用的操作符。注意重载函数的写法与上一章略有不同。不过，改为友元方式其实并没有必要，纯粹是为了讲解“友元”的用法。

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class rect {
    int x1, y1, x2, y2;    //矩形座标
public:
    rect() {
        x1 = 0, y1 = 0, x2 = 0, y2 = 0;
    }
    rect(int m1, int n1, int m2, int n2) {
        x1 = m1, y1 = n1, x2 = m2, y2 = n2;
    }
    void print() {
        cout << "  x1=" << x1;
        cout << "  y1=" << y1;
        cout << "  x2=" << x2;
        cout << "  y2=" << y2;
        cout << endl;
    }
    //rect operator++();                 //这是类的运算符的重载
    friend rect operator++(rect &ob);   //这是全局运算符的重载
};

rect operator++(rect &ob) {
    ob.x1++, ob.y1++; 
    ob.x2++, ob.y2++;

    return ob;
}

int main ( )
{
    rect r(12, 20, 50, 40);
    r.print();

    rect obj;
    obj = r++;
    obj.print();

    return 0;
}

运行结果：

并不是所有操作符都可以定义成“友元”，例如“=”就不能用“友元”方式重载

友元类

友元除了前面讲过的函数以外，友元还可以是类，即一个类可以作另一个类的友元。当一个类作为另一个类的友元时，这就意味着这个类的所有成员函数都是另一个类的友元函数。

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

总结起来：

(1)友元关系不可以继承，但对已有的方法来说访问权限不改变。

(2)如果改写基类的方法则访问权限改变

(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。

#include <iostream>  
  
using namespace std;  
  
class CObj  
{  
public:  
    CObj() : mX(0), mY(0) {}  
    friend class CFriend;  
private:  
    void PrintData() const  
    {  
        cout << "mX = " << mX << endl  
             << "mY = " << mY << endl;  
    }  
    int mX;  
    int mY;  
};  
  
class CFriend  
{  
public:  
    CFriend(int x, int y)  
    {  
        mObj.mX = x;    //直接调用类CObj的私有数据成员  
        mObj.mY = y;  
    }  
    void ShowData() const  
    {  
        mObj.PrintData();   //直接调用类CObj的私有成员函数  
    }  
private:  
    CObj mObj;  
};  
  
int main()  
{  
    CFriend one(3, 4);  
    one.ShowData();  
    return 0;  
}  

执行结果：

mX = 3

mY = 4

希望通过以上内容的介绍，能够给你带来帮助。