C++語言學習（七）——友元

C++語言學習（七）——友元

一、友元簡介

1、友元簡介

面向對象編程的類的設計機制實現了數據的隱藏與封裝，類的成員變量一般定義為私有成員，成員函數一般定義為公有的，是類與外部的通信接口。在實踐中，類外的某些函數需要頻繁地訪問類的成員變量，可以將類外的函數定義為類的友元函數。除了友元函數外，還有友元類，兩者統稱為友元。友元的作用是提高了程序的運行效率（即減少了類型檢查和安全性檢查等都需要時間開銷），但友元破壞了類的封裝性和隱藏性，使得非類的成員函數可以訪問類的私有成員。
友元是C++語言中的一種關系，友元關系發生在函數與類之間或者類與類之間。友元關系是單向的，不能傳遞。
與類有友元關系的函數稱為友元函數，與類有友元關系的類稱為友元類。

2、友元的特性

友元的特性如下：
A、在類中以friend關鍵字聲明友元
B、類的友元可以是其它類或具體函數
C、友元不是類的一部分
D、友元不受類中訪問級別的限制
E、友元可以直接訪問具體類的所有成員
F、友元關系不能被繼承
G、友元關系是單向的，不具交換性
H、友元關系不具有傳遞性

3、友元的本質

友元的本質，是讓其它不屬于本類的成員(全局函數，其它類的成員函數，其它類)，成為本類的成員而具備本類成員的屬性。

二、友元函數

1、友元函數簡介

友元函數是可以直接訪問類的私有成員的非成員函數，是定義在類外的函數，可以是不屬于任何類的全局函數或是其它類的成員函數，但需要在類的定義中加以聲明。

2、全局函數為友元函數

全局函數作為類的友元聲明時只需在友元的名稱前加上關鍵字friend，其格式如下：
friend 類型 函數名(形式參數);
一個函數可以是多個類的友元函數，只需要在各個類中分別聲明。

#include <iostream>
#include <cmath>

using namespace std;

class Point
{
public:
    Point(double x = 0, double y = 0)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }
    void printPoint()
    {
        cout << "(" << x << "," << y << ")";
    }
    //友元函數聲明
    friend double getDistance(const Point &a, const Point &b);
private:
    double x;
    double y;
};

double getDistance(const Point &a, const Point &b)
{
    double dx = a.x - b.x;
    double dy = a.y - b.y;
    return sqrt(dx*dx + dy*dy);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    Point a(0,0);
    Point b(1,8);
    cout << "Point";
    a.printPoint();
    cout << " and Point";
    b.printPoint();
    cout << " has distance at "<< getDistance(a, b) << endl;
    return 0;
}

3、類成員函數為友元函數

類成員函數作為類的友元聲明時只需在友元的名稱前加上關鍵字friend，其格式如下：
friend 類型 類名::函數名(形式參數);
一個函數可以是多個類的友元函數，只需要在各個類中分別聲明。

#include <iostream>
#include <cmath>

using namespace std;

class Point;

class ManagerPoint
{
public:
    double getDistance(const Point &a, const Point &b);
};

class Point
{
public:
    Point(double x = 0, double y = 0)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }
    void printPoint()
    {
        cout << "(" << x << "," << y << ")";
    }
    //友元函數聲明
    friend double ManagerPoint::getDistance(const Point &a, const Point &b);
private:
    double x;
    double y;
};

double ManagerPoint::getDistance(const Point &a, const Point &b)
{
    double dx = a.x - b.x;
    double dy = a.y - b.y;
    return sqrt(dx*dx + dy*dy);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    ManagerPoint manager;
    Point a(0,0);
    Point b(1,8);
    cout << "Point";
    a.printPoint();
    cout << " and Point";
    b.printPoint();
    cout << " has distance at "<< manager.getDistance(a, b) << endl;
    return 0;
}

上述代碼中使用了類的前向聲明。前向聲明，是一種不完全型（forward declaration）聲明，即只需提供類名(無需提供類實現)即可。前向聲明功能有限:
A、不能定義類的對象。
B、可以用于定義指向這個類型的指針或引用。
C、用于聲明(不是定義)使用該類型作為形參或者返回類型的函數。

三、友元類

友元類的所有成員函數都是另一個類的友元函數，都可以訪問另一個類中的隱藏信息（包括私有成員和保護成員）。當希望一個類可以訪問另一個類的私有成員、保護成員時，可以將該類聲明為另一類的友元類。
定義友元類的語句格式如下：
friend class 類名;
friend和class是關鍵字，類名必須是程序中的一個已定義的類。

#include <iostream>
#include <cmath>

using namespace std;

class Point;

class ManagerPoint
{
public:
    double getDistance(const Point &a, const Point &b);
};

class Point
{
public:
    Point(double x = 0, double y = 0)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }
    void printPoint()
    {
        cout << "(" << x << "," << y << ")";
    }
    //友元類聲明
    friend class ManagerPoint;
private:
    double x;
    double y;
};

double ManagerPoint::getDistance(const Point &a, const Point &b)
{
    double dx = a.x - b.x;
    double dy = a.y - b.y;
    return sqrt(dx*dx + dy*dy);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    ManagerPoint manager;
    Point a(0,0);
    Point b(1,8);
    cout << "Point";
    a.printPoint();
    cout << " and Point";
    b.printPoint();
    cout << " has distance at "<< manager.getDistance(a, b) << endl;
    return 0;
}

ManagerPoint類的所有成員函數都是類Point的友元函數，能訪問類Point的私有成員和保護成員。