什么场景下会用到友元函数？

什么场景下会用到友元函数，友元函数的作用是什么，友元函数和普通成员函数又有怎样的区别？这都是C++当中的一些基本概念，掌握好了无论是维护项目还是做项目开发都大有裨益。本文主要浅谈一下C++中的友元函数，如有不足或者疏漏之处，烦请读者朋友及时指出，大家一起改进。
一、概述
友元函数在实现类之间数据共享时，可以减少系统开销，调高效率。比如：类A中的函数需要访问类B中的成员，那么类A中该函数要是类B的友元函数。
友元函数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。

二、使用场景
其实一些操作符的重载实现也是要在类外实现，通常声明为类的友元。
结合上面所述，一般在以下两个场景中会用到友元函数：
1、运算符重载的某些场合需要使用友元函数；
2、两个类要共享数据的时候。

三、优缺点
1、优点：能够提高效率，表达清晰、简单；
2、缺点：破坏了类的封装（尽量不要使用成员函数，除非不得已才使用友元函数）。

四、使用说明
1、友元函数是类外函数，声明可以放在类的私有或者公有，且都没有区别；
2、直接调用友元函数不需要通过对象或者指针；
3、友元函数没有this指针，且不能被继承；
4、友元函数声明形式 friend + 普通函数声明。

五、举例说明
1、已知两点坐标，求两点之间的距离

#include 
#include 

using namespace std;

class Point
{
public:
    Point(double xx, double yy)
    {
        x = xx;
        y = yy;
    }
    void GetXY();
    friend double Distance(Point &a, Point &b);
protected:
private:
    double x, y;
};
void Point::GetXY()
{
    cout << "(" << x << "," << y << ")" << endl;
}

double Distance(Point &a, Point &b)
{
    double length;
    length = sqrt((a.x - b.x)*(a.x - b.x) + (a.y - b.y)*(a.y - b.y));     //它可以引用类中的私有成员
    return length;
}

void main(void)
{
    Point p1(3.0, 4.0), p2(6.0, 8.0);
    p1.GetXY();    //成员函数的调用方法，通过使用对象来调用
    p2.GetXY();
    double d = Distance(p1, p2);     //友元函数的调用方法，同普通函数的调用一样，不要像成员函数那样调用
    cout << "distance=" << d << endl;
    return;
}

运行结果：

分析：
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，函数体中的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。

2、下面对上面例子输出流重载，输入输出流重载需要用到友元函数

#include 
#include 
using namespace std;

class Point
{
public:
    Point(double xx, double yy)
    {
        x = xx;
        y = yy;
    }
    void GetXY();
    friend double Distance(Point &a, Point &b);
    friend ostream &operator <<(ostream &out, Point &b);
protected:
private:
    double x, y;
};

ostream &operator <<(ostream &out, Point &b)
{
    out << "(" << b.x << "," << b.y << ")" << endl;
    return out;
}
void Point::GetXY()
{
    //cout<<"("<x<<","<y<<")"<
    //cout<<"("<
    cout << *this;
}
double Distance(Point &a, Point &b)
{
    double length;
    length = sqrt((a.x - b.x)*(a.x - b.x) + (a.y - b.y)*(a.y - b.y));
    return length;
}
void main(void)
{
    Point p1(3.0, 4.0), p2(6.0, 8.0);
    //p1.GetXY();
    //p2.GetXY();
    //或者
    cout << p1 << p2 << endl;
    double d = Distance(p1, p2);
    cout << "distance="<< d << endl;
    return;

}

运行结果：

3、通过友元函数和友元类打印类的私有成员
分别定义一个类A和类B ，各有一个私有整数成员变量通过构造函数初始化，类A有一个成员函数Show(B &b)用来打印A和B的私有成员变量，分别通过友元函数和友元类来实现此功能。

#include 
using namespace std;

class B
{
private:
    int tt;
    friend class A;
    friend void Show(A&, B&);
public:
    B(int tempB = 100) :tt(tempB) {}//default constructor
};

class A
{
private:
    int value;
    friend void Show(A&, B&);
public:
    A(int tempA = 200) :value(tempA) {}//default constructor
    void Show(B &b)
    {
        cout << "class A memeber function" << endl;
        cout << "class A private variable value:" << value << endl;
        cout << "class B private variable value:" << b.tt << endl;
        cout << endl;
    }
};

void Show(A& a, B& b)
{
    cout << "friend function" << endl;
    cout << "class A private variable value:" << a.value << endl;
    cout << "class B private variable value:" << b.tt << endl;
}

void main()
{
    A a;
    B b;
    a.Show(b);
    Show(a, b);

    return;
}

上述例子中提到的默认构造函数，可以参考默认构造函数和构造函数重载进行理解。