C++中的friend函數(shù)詳細(xì)解析
為什么要使用友元函數(shù)
在實現(xiàn)類之間數(shù)據(jù)共享時，減少系統(tǒng)開銷，提高效率。如果類A中的函數(shù)要訪問類B中的成員（例如：智能指針類的實現(xiàn)），那么類A中該函數(shù)要是類B的友元函數(shù)。具體來說：為了使其他類的成員函數(shù)直接訪問該類的私有變量。即：允許外面的類或函數(shù)去訪問類的私有變量和保護變量，從而使兩個類共享同一函數(shù)。
實際上具體大概有下面兩種情況需要使用友元函數(shù)：（1）運算符重載的某些場合需要使用友元。（2）兩個類要共享數(shù)據(jù)的時候。
使用友元函數(shù)的優(yōu)缺點
優(yōu)點：能夠提高效率，表達簡單、清晰。
缺點：友元函數(shù)破環(huán)了封裝機制，盡量不使用成員函數(shù)，除非不得已的情況下才使用友元函數(shù)。
C++中的友元機制允許類的非公有成員被一個類或者函數(shù)訪問，友元按類型分為三種：普通非類成員函數(shù)作為友元,類的成員函數(shù)作為友元，類作為友元。友元包括友元的聲明以及友元的定義。友元的聲明默認(rèn)為了extern，就是說友元類或者友元函數(shù)的作用域已經(jīng)擴展到了包含該類定義的作用域，所以即便我們在類的內(nèi)部定義友元函數(shù)也是沒有關(guān)系的。
友元可以是一個函數(shù)，該函數(shù)被稱為友元函數(shù)；友元也可以是一個類，該類被稱為友元類。友元函數(shù)的特點是能夠訪問類中的私有成員的非成員函數(shù)。友元函數(shù)從語法上看，它與普通函數(shù)一樣，即在定義上和調(diào)用上與普通函數(shù)一樣。
友元函數(shù)的實現(xiàn)可以在類外定義，但必須在類內(nèi)部聲明
友元函數(shù)是可以直接訪問類的私有成員的非成員函數(shù)。它是定義在類外的普通函數(shù)，它不屬于任何類，
但需要在類的定義中加以聲明，聲明時只需在友元的名稱前加上關(guān)鍵字friend。
我們已知道類具有封裝和信息隱藏的特性。只有類的成員函數(shù)才能訪問類的私有成員，程序中的其他函數(shù)是無法訪問私有成員的。非成員函數(shù)可以訪問類中的公有成員，但是如果將數(shù)據(jù)成員都定義為公有的，這又破壞了隱藏的特性。另外，應(yīng)該看到在某些情況下，特別是在對某些成員函數(shù)多次調(diào)用時，由于參數(shù)傳遞，類型檢查和安全性檢查等都需要時間開銷，而影響程序的運行效率。
為了解決上述問題，提出一種使用友元的方案。友元是一種定義在類外部的普通函數(shù)，但它需要在類體內(nèi)進行說明，為了與該類的成員函數(shù)加以區(qū)別，在說明時前面加以關(guān)鍵字friend。友元不是成員函數(shù)，但是它可以訪問類中的私有成員。友元的作用在于提高程序的運行效率（即減少了類型檢查和安全性檢查等都需要的時間開銷），但是，它破壞了類的封裝性和隱藏性，使得非成員函數(shù)可以訪問類的私有成員。
1.普通的非成員函數(shù)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<<"("<<this->x<<","<<this->y<<")"<<endl;
cout<<"("<<x<<","<<y<<")"<<endl;
}
double Distance(Point &a,Point &b)
{
double length;
length=sqrt((a.x-b.x)*(a.x-b.x)+(a.y-b.y)*(a.y-b.y)); //它可以引用類中的私有成員
return length;
}
int main(void)
{
Point p1(3.0,4.0),p2(6.0,8.0);
p1.GetXY(); //成員函數(shù)的調(diào)用方法，通過使用對象來調(diào)用
p2.GetXY();
double d = Distance(p1,p2); //友元函數(shù)的調(diào)用方法，同普通函數(shù)的調(diào)用一樣，不要像成員函數(shù)那樣調(diào)用
cout<<d<<endl;
system("pause");
return 0;
}
說明：在該程序中的Point類中說明了一個友元函數(shù)Distance()，它在說明時前邊加friend關(guān)鍵字，標(biāo)識它不是成員函數(shù)，而是友元函數(shù)。它的定義方法與普通函數(shù)定義一樣，而不同于成員函數(shù)的定義，因為它不需要指出所屬的類。但是，它可以引用類中的私有成員，函數(shù)體中的a.x，b.x，a.y，b.y都是類的私有成員，它們是通過對象引用的。在調(diào)用友元函數(shù)時，也是同普通函數(shù)的調(diào)用一樣，不要像成員函數(shù)那樣調(diào)用。本例中，p1.Getxy()和p2.Getxy()這是成員函數(shù)的調(diào)用，要用對象來表示。而Distance(p1, p2)是友元函數(shù)的調(diào)用，它直接調(diào)用，不需要對象表示，它的參數(shù)是對象。(該程序的功能是已知兩點坐標(biāo)，求出兩點的距離。)
下面對上面的代碼進行輸入、輸出流的重載：
#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);
friend ostream &operator <<(ostream &a,Point &b);
protected:
private:
double x,y;
};
// friend ostream& operator<<(ostream& o,A& another);
ostream &operator <<(ostream &out,Point &b) //在類中聲明的時候，可以是ostream &a，函數(shù)定義的時候也可以是ostream &out
{
out<<"("<<b.x<<","<<b.y<<")"<<endl;
return out;
}
void Point::GetXY()
{
//cout<<"("<<this->x<<","<<this->y<<")"<<endl;
//cout<<"("<<x<<","<<y<<")"<<endl;
cout<<*this;
}
double Distance(Point &a,Point &b)
{
double length;
length=sqrt((a.x-b.x)*(a.x-b.x)+(a.y-b.y)*(a.y-b.y));
return length;
}
int main(void)
{
Point p1(3.0,4.0),p2(6.0,8.0);
p1.GetXY();
p2.GetXY();
double d = Distance(p1,p2);
cout<<d<<endl;
system("pause");
return 0;
}
2.類作為友元
類作為友元需要注意的是友元類和原始類之間的相互依賴關(guān)系，如果在友元類中定義的函數(shù)使用到了原始類的私有變量，那么就需要在友元類定義的文件中包含原始類定義的頭文件。但是在原始類的定義中（包含友元類聲明的那個類），就不需要包含友元類的頭文件.
另外，不需要在類定義前去聲明友元類，因為友元類的聲明自身就是一種聲明。
//A.h
#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
//friend class B; //如果不寫這句話將會出現(xiàn)編譯錯誤
public:
~A(void);
A();
private:
int m_nItem;
};
//A.cpp
#include "A.h"
A::A()
{
m_nItem =3;
}
A::~A(void)
{
}
//B.h
#pragma once
class B
{
public:
B(void);
~B(void);
int func();
};
//B.cpp
#include "StdAfx.h"
#include "B.h"
#include "A.h" //must include A.h
#include <iostream>
B::B(void)
{
}
B::~B(void)
{
}
int B::func()
{
cout<<"This is in B"<<endl;
A a;
return a.m_nItem;
}
3.類成員函數(shù)作為友元函數(shù)
這個稍微有點復(fù)雜，因為你要類成員函數(shù)作為友元，你在聲明友元的時候要用類限定符，所以必須先定義包含友元函數(shù)的類，但是在定義友元的函數(shù)時候，又必須事先定義原始類。通常的做法先定義包含友元函數(shù)的類，再定義原始類，這個順序不能亂。(如果是友元類，則沒有這種這種必須)如下面所示：
//A.h
#pragma once
#include "B.h"
class A
{
friend int B::func(A xx);
public:
A(void):mx(20),my(30){}
~A(void){}
private:
int mx;
int my;
};
//B.h
#pragma once
class A;
class B
{
public:
B(void);
~B(void);
int func(A xx);
};
//B.cpp
#include "B.h"
#include "A.h"
B::B(void)
{
}
B::~B(void)
{
}
int B::func(A xx)
{
return xx.mx * xx.my;
}
//main.cpp
#include "A.h"
#include "B.h"
#include <iostream>
using namespace std;
void main()
{
A a;
B b;
cout<<b.func(a)<<endl;
system("pause");
}
4. 友元不具有相互性，只具有單項性
若類B是類A的友元，類A不一定是類B的友元，要看在類中是否有相應(yīng)的聲明。
5. 友元不能被繼承
B是A的友元類，C是B的子類，推不出C是A的友元
6. 友元不具有傳遞性
B是A的友元，C是B的友元，推不出C是A的友元
7. 友元函數(shù)的使用技巧
在用C++實現(xiàn)單例模式時，可以利用友元函數(shù)實例化對象。然后把類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)都設(shè)計成私有函數(shù)。
class CMySingleton
{
public:
friend CMySingleton& InstanceMEC();
private:
CMySingleton() {};
CMySingleton(const CMySingleton &lxSington) {};
~CMySingleton(){};
};
CMySingleton& InstanceMEC()
{
//因為函數(shù)InstanceMEC()是類ClxSingletonMEC的友元函數(shù)，所以可以訪問類所有的成員函數(shù).所以不會有編譯錯誤
static CMySingleton Instance;
return Instance;
}
以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持我們。
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