C++之friend友元（友元函数和友元类）

一、友元

在C++中，类具有封装性和隐蔽性，类的数据成员一般都定义为私有成员，成员函数一般都定义为公有的，以此提供类与外界的通讯接口。但是，某些成员函数频繁调用时，由于函数参数的传递、C++严格的类型检查和安全性检查将带来时间的开销，为了解决这个问题，C++提出了使用友元作为实现这一要求的辅助手段。友元不是类的成员，但它可以访问类的任何成员（包括私有成员）。声明为友元的外界对象既可以是另一个类的成员函数，也可以是不属于任何类的一般的函数，称之为友元函数；友元也可以是整个的一个类，称之为友元类。

二、友元函数

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);
1、友元函数的定义与成员函数一样，只是在类中用关键字friend予以说明。但友元函数是一个普通的函数，它不是本类的成员函数，因此在调用时不能通过对象调用。也没有this指针。
2、友元函数也可以在类内声明，在类外定义。
3、友元函数对类成员的存取与成员函数一样，可以直接存取类的任何存取控制属性的成员；可通过对象存取形参、函数体中该类类型对象的所有成员。
4、private、protected、public访问权限与友员函数的声明无关，因此原则上，友元函数声明可以放在类体中任意部分，但为程序清晰，一般放在类体的后面。
5、使用友元成员的好处是两个类可以某种方式相互合作、协同工作，共同完成某一任务。

演示
1、不属于任何类的一般的函数声明为友元：

#include "cmath"
#include "iostream"
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<<")"<
	cout << "(" << x << "," << y << ")" << endl;
}
double Distance(Point &a, Point &b)//前面不能加作用域Point::
{
	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;
}
int 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 << d << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

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。

2、类成员函数声明为友元示例：

class A;//注意前向引用声明
class B
{
public:
	int func(A,int);
};
class A
{
	friend int B::func(A,int);
};

说明：因为你要类成员函数作为友元，你在声明友元的时候要用类限定符，所以必须先定义包含友元函数的类，但是在定义友元的函数时候，又必须事先定义原始类。通常的做法先定义包含友元函数的类，再定义原始类，这个顺序不能乱。

三、友元类

友元除可以是函数外，还可以是类，如果一个类声明为另一个类的友元，则该类称为另一个类的友元类。若A类为B类的友元类，则A类的所有成员函数都是B类的友元函数，都可以访问B类的任何数据成员。 友元类的声明是在类名之前加上关键字friend来实现。
1、友元类演示：

#include "iostream"
using namespace std;

class Circle;//注意前向引用声明
class Point
{
private:
	double x, y;
	void ShowXY()
	{
		cout << "(" << this->x << "," << this->y << ")" << endl;
	}
public:
	Point(double xx = 0, double yy = 0)
	{
		x = xx;
		y = yy;
	}
	void GetXY()
	{
		cout << "(" << x << "," << y << ")" << endl;
	}
	friend class Circle;
};
class Circle
{
private:
	Point point;
	double r;
public:
	Circle(Point P, double R)
	{
		point = P;
		r = R;
	}
	Point Get_top()
	{
		//可以直接访问Point类的私有成员函数
		point.ShowXY();
		Point top;
		//可以直接访问Point类的私有成员数据
		top.x = this->point.x;//this指针可用
		top.y = point.y + r;
		return top;
	}
};

int main(void)
{
	Point P1(3.4, 5.6);
	double R1 = 2.1;
	Point P2;
	Circle C(P1, R1);
	P2 = C.Get_top();
	P2.GetXY();
	//P2.ShowXY();则不可以访问其私有成员
	return 0;
}
//运行结果:
//(3.4,5.6)
//(3.4,7.7)

2、友元关系具有以下性质：
a、友元关系是不能传递的，B类是A类的友元，C类是B类的友元，C类和A类之间，如果没有声明，就没有任何友元关系，不能进行数据共享。
b、友元关系是单向的，如果声明B类是A类的友元，B类的成员函数就可以访问A类的私有和保护数据，但A类的成员函数却不能访问B类的私有和保护数据。
c、友元不能被继承，B是A的友元类，C是B的子类，不能因此得出C是A的友元。

四、总结

1、友元概念的引入，提高了数据的共享性，加强了函数与函数之间，类与类之间的相互联系，大大提高程序的效率，这是友元的优点，但友元也破坏了数据隐蔽和数据封装，导致程序的可维护性变差，给程序的重用和扩充埋下了深深的隐患，这是友元的缺点。
2、对友元的使用必须慎重，要具体问题具体分析，在提高效率和增加共享之间把握好一个“度”，在共享和封装之间进行恰当的折衷平衡。

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