C++語(yǔ)言學(xué)習(xí)（七）——友元

一、友元簡(jiǎn)介

1、友元簡(jiǎn)介

面向?qū)ο缶幊痰念?lèi)的設(shè)計(jì)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的隱藏與封裝，類(lèi)的成員變量一般定義為私有成員，成員函數(shù)一般定義為公有的，是類(lèi)與外部的通信接口。在實(shí)踐中，類(lèi)外的某些函數(shù)需要頻繁地訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)的成員變量，可以將類(lèi)外的函數(shù)定義為類(lèi)的友元函數(shù)。除了友元函數(shù)外，還有友元類(lèi)，兩者統(tǒng)稱(chēng)為友元。友元的作用是提高了程序的運(yùn)行效率（即減少了類(lèi)型檢查和安全性檢查等都需要時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)），但友元破壞了類(lèi)的封裝性和隱藏性，使得非類(lèi)的成員函數(shù)可以訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)的私有成員。
友元是C++語(yǔ)言中的一種關(guān)系，友元關(guān)系發(fā)生在函數(shù)與類(lèi)之間或者類(lèi)與類(lèi)之間。友元關(guān)系是單向的，不能傳遞。
與類(lèi)有友元關(guān)系的函數(shù)稱(chēng)為友元函數(shù)，與類(lèi)有友元關(guān)系的類(lèi)稱(chēng)為友元類(lèi)。

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2、友元的特性

友元的特性如下：
A、在類(lèi)中以friend關(guān)鍵字聲明友元
B、類(lèi)的友元可以是其它類(lèi)或具體函數(shù)
C、友元不是類(lèi)的一部分
D、友元不受類(lèi)中訪(fǎng)問(wèn)級(jí)別的限制
E、友元可以直接訪(fǎng)問(wèn)具體類(lèi)的所有成員
F、友元關(guān)系不能被繼承
G、友元關(guān)系是單向的，不具交換性
H、友元關(guān)系不具有傳遞性

3、友元的本質(zhì)

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

二、友元函數(shù)

1、友元函數(shù)簡(jiǎn)介

友元函數(shù)是可以直接訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)的私有成員的非成員函數(shù)，是定義在類(lèi)外的函數(shù)，可以是不屬于任何類(lèi)的全局函數(shù)或是其它類(lèi)的成員函數(shù)，但需要在類(lèi)的定義中加以聲明。

2、全局函數(shù)為友元函數(shù)

全局函數(shù)作為類(lèi)的友元聲明時(shí)只需在友元的名稱(chēng)前加上關(guān)鍵字friend，其格式如下：
friend 類(lèi)型 函數(shù)名(形式參數(shù));
一個(gè)函數(shù)可以是多個(gè)類(lèi)的友元函數(shù)，只需要在各個(gè)類(lèi)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(shù)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(lèi)成員函數(shù)為友元函數(shù)

類(lèi)成員函數(shù)作為類(lèi)的友元聲明時(shí)只需在友元的名稱(chēng)前加上關(guān)鍵字friend，其格式如下：
friend 類(lèi)型 類(lèi)名::函數(shù)名(形式參數(shù));
一個(gè)函數(shù)可以是多個(gè)類(lèi)的友元函數(shù)，只需要在各個(gè)類(lèi)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(shù)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(lèi)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(lèi)名(無(wú)需提供類(lèi)實(shí)現(xiàn))即可。前向聲明功能有限:
A、不能定義類(lèi)的對(duì)象。
B、可以用于定義指向這個(gè)類(lèi)型的指針或引用。
C、用于聲明(不是定義)使用該類(lèi)型作為形參或者返回類(lèi)型的函數(shù)。

三、友元類(lèi)

友元類(lèi)的所有成員函數(shù)都是另一個(gè)類(lèi)的友元函數(shù)，都可以訪(fǎng)問(wèn)另一個(gè)類(lèi)中的隱藏信息（包括私有成員和保護(hù)成員）。當(dāng)希望一個(gè)類(lèi)可以訪(fǎng)問(wèn)另一個(gè)類(lèi)的私有成員、保護(hù)成員時(shí)，可以將該類(lèi)聲明為另一類(lèi)的友元類(lèi)。
定義友元類(lèi)的語(yǔ)句格式如下：
friend class 類(lèi)名;
friend和class是關(guān)鍵字，類(lèi)名必須是程序中的一個(gè)已定義的類(lèi)。

#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(lèi)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(lèi)的所有成員函數(shù)都是類(lèi)Point的友元函數(shù)，能訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)Point的私有成員和保護(hù)成員。

本文標(biāo)題：C++語(yǔ)言學(xué)習(xí)（七）——友元
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