C++——友元（友元函数、友元类和友元成员函数详解）

友元函数

在C++编程语言中，友元函数（Friend Function）是一种特殊的函数，具有访问类中私有成员的权限，尽管它不是类的成员函数。友元函数的存在使得类的设计更加灵活，能够在需要时授予外部函数访问类的私有成员的能力。本文将详细介绍C++中的友元函数，包括其定义、使用场景、优缺点以及示例。

一、定义

友元函数是在一个类中声明的一个非成员函数，但在类的内部声明该函数为友元。这意味着该函数可以访问该类的私有成员，包括私有变量和私有函数。友元函数的声明通常位于类的声明中，但其实现则位于类外部。

1、友元函数：通过friend+普通函数
友元函数是在一个类中声明的非成员函数，但在类的内部声明该函数为友元。这使得该函数可以访问该类的私有成员。

语法：

 friend void friendFunction(const MyClass& obj);

案例：

#include 
using namespace std;
class MyClass {
   private:
    int privateData;

   public:
    MyClass(int data) : privateData(data) {}

    // 声明友元函数
    friend void friendFunction(const MyClass& obj);

    // Getter函数
    int getPrivateData() const { return privateData; }
};

// 友元函数实现
void friendFunction(const MyClass& obj) {
    cout << "Friend function accessing private data: " << obj.privateData
         << endl;
}

int main() {
    MyClass myObj(42);
    friendFunction(myObj);  // 调用友元函数
    cout << "Private data accessed via getter: " << myObj.getPrivateData()
         << endl;

    return 0;
}

如果需要将普通函数声明为某个类的友元函数，只需要在该类中进行友元声明即可，不管public或private中进行声明都可以。

2、友元类： 通过friend+类
友元类是一个类，在另一个类中声明为友元。这意味着被声明为友元的类可以访问另一个类的私有成员，类似于友元函数的概念，但是是对整个类的授权。友元类通常用于需要多个类之间紧密协作的情况，允许这些类访问彼此的私有成员。

语法：

 friend class FriendClass;

案例：

#include 
using namespace std;
class MyClass;

class FriendClass {
   public:
    void accessPrivateData(const MyClass& obj);
};

class MyClass {
   private:
    int privateData;

   public:
    MyClass(int data) : privateData(data) {}

    // 声明友元类
    friend class FriendClass;

    int getPrivateData() const { return privateData; }
};

// 友元类成员函数实现
void FriendClass::accessPrivateData(const MyClass& obj) {
    cout << "Friend class accessing private data: " << obj.privateData << endl;
}

int main() {
    MyClass myObj(42);

    FriendClass friendObj;
    friendObj.accessPrivateData(myObj);  // 调用友元类的成员函数

    return 0;
}

3、友元成员函数： 单独声明类中的一个函数为友元函数。
友元成员函数是在一个类中声明的非成员函数，但被声明为另一个类的友元。这使得友元成员函数可以访问被授权类的私有成员。不同于全局的友元函数，友元成员函数可以访问多个类的私有成员。

语法：

 friend int FriendMemberFunction(const MyClass& obj);

案例：

#include 
using namespace std;

class MyClass;

// 声明友元成员函数
int FriendMemberFunction(const MyClass& obj);

class MyClass {
   private:
    int privateData;

   public:
    MyClass(int data) : privateData(data) {}

    // 声明友元成员函数
    friend int FriendMemberFunction(const MyClass& obj);

    int getPrivateData() const { return privateData; }
};

// 友元成员函数实现
int FriendMemberFunction(const MyClass& obj) {
    return obj.privateData;
}

int main() {
    MyClass myObj(42);

    int data = FriendMemberFunction(myObj);  // 调用友元成员函数
    cout << "Private data accessed via friend member function: " << data
         << endl;

    return 0;
}

二、使用场景

1、访问私有成员：
主要作用是允许外部函数或类访问另一个类的私有成员，从而实现对类的细粒度控制。
2、操作符重载：
当需要重载类的操作符（如<<、>>、+、-等）时，友元函数可以访问私有成员，实现合适的操作。
3、提高效率：
在某些情况下，使用友元函数可以提高程序的执行效率，因为它可以直接访问类的私有成员，而不需要通过访问器函数（getter和setter）。

三、缺点

1、破坏封装性：
友元函数可以突破类的封装性，使得类的私有成员可以被外部函数直接访问，可能会降低代码的安全性和可维护性。（友元也破环了类的隐藏与封装，所以必须慎用 （牺牲安全，提高效率））
2、难以维护：
当程序变得复杂时，友元函数的使用可能会导致代码变得难以理解和维护。

友元不能 继承，交换，传递