C++：友元函数介绍

news2024/11/23 2:35:39

上一篇介绍

友元函数 (Friend Function)

友元函数是 C++ 中的一种特殊函数，它可以访问类的私有成员和保护成员，而不需要是该类的成员函数。友元机制允许在不破坏封装的情况下为类提供额外的功能。

友元函数的特点

访问权限：
- 友元函数可以访问类的所有成员，包括私有成员和保护成员。
- 友元函数不是类的成员，但被授予了访问私有成员的特权。
定义方式：
- 在类内通过 friend 关键字声明友元函数。
- 实际实现可以在类外部完成。
作用域：
- 友元函数不属于类的作用域，因此不能通过 this 指针访问类实例。
不受继承影响：
- 友元关系是单向的，且不受继承的影响。例如，如果类 A 是类 B 的友元，B 的派生类并不会自动成为 A 的友元。

友元函数的定义与使用

示例代码

#include <iostream>
using namespace std;

class Box {
private:
    double width;

public:
    // 构造函数
    Box(double w) : width(w) {}

    // 声明友元函数
    friend void printWidth(const Box& b);
};

// 定义友元函数
void printWidth(const Box& b) {
    // 友元函数可以直接访问私有成员
    cout << "Box width: " << b.width << endl;
}

int main() {
    Box box(10.5);
    printWidth(box); // 调用友元函数
    return 0;
}

输出：

Box width: 10.5

友元函数的优缺点

优点：

灵活性：可以为非成员函数提供访问类私有成员的能力，增加代码的灵活性。
扩展性：可以将与类紧密相关的功能封装到独立的函数中，而不强制将其作为类的成员。

缺点：

封装性弱化：友元函数破坏了类的封装性，因为它需要访问类的私有成员。
维护成本增加：如果滥用友元，代码的耦合度会增加，导致难以维护。

友元函数的用途

操作符重载：

常用于重载运算符（如 << 和 >>），因为这些操作符不能作为类的成员函数重载。

#include <iostream>
using namespace std;

class Complex {
private:
    double real, imag;

public:
    Complex(double r, double i) : real(r), imag(i) {}

    // 声明友元函数用于重载 << 运算符
    friend ostream& operator<<(ostream& out, const Complex& c);
};

// 定义友元函数
ostream& operator<<(ostream& out, const Complex& c) {
    out << c.real << " + " << c.imag << "i";
    return out;
}

int main() {
    Complex c(3.0, 4.5);
    cout << c << endl;
    return 0;
}

输出：

3 + 4.5i

多个类协作：

友元函数可以用于两个类之间的数据共享。例如，两个类的友元函数可以访问各自的私有成员。

class ClassA;
class ClassB;

class ClassA {
private:
    int valueA;

public:
    ClassA(int val) : valueA(val) {}

    // 声明友元函数
    friend void showValues(const ClassA& a, const ClassB& b);
};

class ClassB {
private:
    int valueB;

public:
    ClassB(int val) : valueB(val) {}

    // 声明友元函数
    friend void showValues(const ClassA& a, const ClassB& b);
};

// 定义友元函数
void showValues(const ClassA& a, const ClassB& b) {
    cout << "ClassA value: " << a.valueA << ", ClassB value: " << b.valueB << endl;
}

int main() {
    ClassA a(5);
    ClassB b(10);
    showValues(a, b);
    return 0;
}

输出：

ClassA value: 5, ClassB value: 10

友元函数 vs 普通成员函数

特性	友元函数	普通成员函数
访问权限	可以访问类的私有和保护成员	只能访问所属类的成员
是否是类成员	不是类成员	是类成员
调用方式	通过函数名直接调用	必须通过类实例调用
`this` 指针访问	没有 `this` 指针	使用 `this` 指针访问对象