C++ 友元函数与友元类详解

因为一些企业的测评中多次出现了与友元相关的题目，所以写这篇文章介绍一下友元。

1. 简介

在C++中，类通过封装（Encapsulation）来保护其内部数据，只有类的成员函数才能访问其私有成员。然而，在某些情况下，我们可能希望让某些特定函数或类能够访问另一个类的私有或保护成员，这时就需要使用友元。友元分为友元函数和友元类，它们可以打破类的封装性，赋予非成员函数或其他类访问私有成员的权限。

2. 友元函数

友元函数（Friend Function）是一个不是类成员但可以访问类的私有或保护成员的函数。通过在类定义中声明一个函数为友元函数，该函数可以直接操作类的私有数据。

2.1 定义与用法

在类内部声明友元函数时，需要使用关键字friend，如：

class MyClass {
private:
    int data;
    
public:
    MyClass(int value) : data(value) {}
    
    // 声明友元函数
    friend void displayData(const MyClass& obj);
};

在上面的代码中，displayData函数被声明为MyClass类的友元函数，因此它可以访问MyClass类的私有成员data。

2.2 代码示例

以下是一个完整的代码示例，演示如何使用友元函数访问私有数据：

#include 
using namespace std;

class MyClass {
private:
    int data;
    
public:
    MyClass(int value) : data(value) {}
    
    // 声明友元函数
    friend void displayData(const MyClass& obj);
};

// 友元函数的定义
void displayData(const MyClass& obj) {
    cout << "Data: " << obj.data << endl;
}

int main() {
    MyClass obj(42);
    displayData(obj);  // 友元函数访问私有成员
    return 0;
}

运行结果：

Data: 42

3. 友元类

友元类（Friend Class）是指一个类允许另一个类访问它的所有私有和保护成员。在这种情况下，友元类的所有成员函数都可以访问被友元类声明的类的私有成员。

3.1 定义与用法

友元类的定义与用法与友元函数类似，只是关键字friend后面跟的是类名：

class B;

class A {
private:
    int data;
    
public:
    A(int value) : data(value) {}
    
    // 声明B类为友元类
    friend class B;
};

class B {
public:
    void showData(const A& obj) {
        // B类可以访问A类的私有成员
        cout << "A::data = " << obj.data << endl;
    }
};

在上面的代码中，类B被声明为类A的友元类，因此B类的成员函数可以访问A类的私有成员。

3.2 代码示例

以下是一个完整的代码示例，演示友元类的用法：

#include 
using namespace std;

class B;

class A {
private:
    int data;
    
public:
    A(int value) : data(value) {}
    
    // 声明B类为友元类
    friend class B;
};

class B {
public:
    void showData(const A& obj) {
        // B类可以访问A类的私有成员
        cout << "A::data = " << obj.data << endl;
    }
};

int main() {
    A objA(100);
    B objB;
    objB.showData(objA);  // 通过B类访问A类的私有成员
    return 0;
}

运行结果：

A::data = 100

4. 注意事项

1. 友元关系是单向的：如果类B是类A的友元，意味着B可以访问A的私有成员，但A不能访问B的私有成员，除非B也将A声明为友元。

2. 友元关系不具继承性：友元关系不会被继承。如果类B是类A的友元，那么类B的派生类无法访问类A的私有成员。

3. 友元破坏封装：使用友元会破坏类的封装性，应谨慎使用，仅在确实需要时才使用友元。

5. 总结

友元函数和友元类在C++中为特定场景下的类间协作提供了灵活性，但这也可能带来封装性降低的问题。合理使用友元可以简化代码逻辑，增强类间的紧密协作，但过度使用则可能破坏代码的可维护性和安全性。

希望这篇文章能够帮助你更好地理解C++中的友元概念，并在实际编程中加以应用。如果有任何疑问或建议，欢迎在评论区留言讨论。