【C++】友元函数和友元类（作用及优缺点）

目录

一、友元函数

二、友元类

三、友元的优缺点

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一、友元函数

结合着类的特性，可知：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声明，为了与该类的成员函数加以区别，在声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。

案例分析：

问题：现在我们尝试去重载operator<<，然后发现我们没办法将operator<<重载成成员函数。因为cout的输出流对象和隐含的this指针在抢占第一个参数的位置。this指针默认是第一个参数也就是左操作数了。但是实际使用中cout需要是第一个形参对象，才能正常使用。所以我们要将operator<<重载成全局函数。但是这样的话，又会导致类外没办法访问成员，那么这里就需要友元来解决。operator>>同理。

#include 
using namespace std;

class Date
{
    friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
    friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
public:
    Date(){}
    Date(int year, int month, int day): _year(year), _month(month), _day(day)
    {}

private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
    _cout<>(istream& _cin,Date& d)
{
    _cin>>d._year;
    _cin>>d._month;
    _cin>>d._day;
    return _cin;
}

int main()
{
    Date d;
    cin>>d;
    cout<

 【说明】

• 友元函数可访问类的私有成员，但不是类的成员函数
• 友元函数不能用const修饰
• 友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制
• 一个函数可以是多个类的友元函数
• 友元函数的调用与普通函数的调用和原理相同

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二、友元类

友元除了友元函数以外，友元还可以是类——友元类，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，都可以访问另一个类中的非公有成员。

特性：

• 友元关系是单向的，不具有交换性。

比如上述Time类和Date类，在Time类中声明Date类为其友元类，那么可以在Date类中直接访问Time类的私有成员变量，但想在Time类中访问Date类中私有的成员变量则不行。

• 友元关系不能传递

如果B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元。

• 友元关系不能被继承，但对已有的方法来说访问权限不改变。

class Date; // 前置声明
class Time
{
    friend class Date; 
    // 声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就直接访问Time类中的私有成员变量
public:
    Time(int hour, int minute, int second): _hour(hour), _minute(minute), _second(second)
    {}

private:
    int _hour;
    int _minute;
    int _second;
};

class Date
{
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1): _year(year),                                     
    _month(month),_day(day)
    {}
    void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
    {
        // 直接访问时间类私有的成员变量
        _t._hour = hour;
        _t._minute = minute;
        _t.second = second;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
    Time _t;
};

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三、友元的优缺点

利用 friend 修饰符，可以让一些普通函数 或 另一个类的成员函数 直接对某个类的保护成员和私有成员进行操作，提高了程序的运行效率；同时避免把类的成员都声明为public，最大限度地保护数据成员的安全。

但是，即使是最大限度地保护数据成员，友元也破坏了类的封装性。

如果将类的封装比喻成一堵墙的话，那么友元机制就像墙上开了一个门。所以使用友元时一定要慎重。