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C++培训
C++ 友元关系详解

     在C++中,在某些情况下,允许特定的非成员函数访问一个类的私有成员,同时仍然阻止一般的访问,这是很方便做到的。例如,被重载的操作符,如输入或输出操作符,经常需要访问类的私有数据成员。这些操作符不可能为类的成员。然而,尽管不是类的成员,它们仍是类的“接口的组成部分”。

  而友元机制,允许一个类将对其非公有成员的访问权授予指定的函数或类。友元的声明以关键字 friend 开始。它只能出现在类定义的内部。友元声明可以出现在类中的任何地方:友元不是授予友元关系的那个类的成员,所以它们不受声明出现部分的访问控制影响。

  下面给出C++中所有有关友元的结论和限制,然后后面针对每个细节给出示例:

  1、友元关系:

  1.1 将一个非成员函数 reset() 声明为类 example 的友元函数,使得该非成员函数可以访问类 example 的私有成员。

  class example; // 这里必须对类 example 做前向声明,否则下面的函数声明将报错

  void reset(example &e);

  class example

  {

  public:

  friend void reset(class example &e);

  private:

  int n;

  };

  // 该函数定义必须放在类 example 的后面,否则无法解析变量n

  void reset(example &e)

  {

  e.n = 0;

  }

  1.2 将类man声明为类woman的友元类,使得可以通过类man对象访问类woman的私有成员。

  class woman; // 前向声明

  class man

  {

  public:

  void disp(woman &w);

  void reset(woman &w);

  };

  class woman

  {
 
     3、友元跟重载函数的关系

  如果有多个重载函数的版本,那么可以将其中的一个或者几个设为某个类的友元。其他的函数不受此设置的影响,依然不能访问某类的私有数据成员。例如:

  #include <iostream>

  #include <string>

  #include <map>

  using namespace std;

  class screen;

  void show(const screen &s);

  void show(int, int, const screen &);

  class screen

  {

  public:

  screen():x(0.0), y(0.0){}

  friend void show(const screen &s);

  friend void show(int a, int b, const screen &s); // 如果将此行删除,将无法调用该版本的show函数

  private:

  float x;

  float y;

  };

  void show(const screen &s)

  {

  cout << s.x << ", " << s.y << endl;

  }

  void show(int a, int b, const screen &s)

  {

  cout << s.x + a << ", " << s.y + b << endl;

  }

  int main(void)

  {

  screen s;

  show(s);

  show(100, 200, s);

  string word;

  getline(cin, word);

  return 0;

  }

  4、友元跟权限标识符的关系

  实际上,一个类的友元,不管是友元类、友元成员函数还是友元非成员函数,都必须是public访问权限的,否则无法在类外被调用。


  public:

  friend class man; // 将man设为woman的友元类,这样man对象的任何成员函数都可以访问woman的私有成员

  private:

  string name;

  };

  void man::disp(woman &w)

  {

  cout << w.name << endl;

  }

  void man::reset(woman &w)

  {

  w.name.clear();

  }

  1.3 将一个类Y的某成员函数声明为类X的友元函数,使得可以通过类Y的这个成员函数访问类X的私有成员。

  class woman; // 前向声明

  class man

  {

  public:

  void disp(woman &w);

  void reset(woman &w);

  };

  class woman

  {

  public:

  friend void man::disp(woman &w); // 将man的其中一个成员函数disp()设为woman的友元函数,就可以使用该函数访问woman对象的私有成员了

  private:

  string name;

  };

  void man::disp(woman &w)

  {

  cout << w.name << endl;

  }

  // man的reset()成员函数不是woman类的友元函数,因此不能访问其私有成员

  /*

  void man::reset(woman &w)

  {

  w.name.clear();

  }

  */

  2、友元作用域

  注意到上面的示例代码,友元声明和友元定义之间的依赖关系:比如最后一个例子,由于woman类要声明man类中的成员函数disp为友元函数,因此必须将man类的定义放在woman之前。但是man类中又要对woman类中的数据成员进行操作,所以必须将disp函数的定义放在woman的后面。这个关系要搞清楚,否则编译不成功。

    3、友元跟重载函数的关系

  如果有多个重载函数的版本,那么可以将其中的一个或者几个设为某个类的友元。其他的函数不受此设置的影响,依然不能访问某类的私有数据成员。例如:

  #include <iostream>

  #include <string>

  #include <map>

  using namespace std;

  class screen;

  void show(const screen &s);

  void show(int, int, const screen &);

  class screen

  {

  public:

  screen():x(0.0), y(0.0){}

  friend void show(const screen &s);

  friend void show(int a, int b, const screen &s); // 如果将此行删除,将无法调用该版本的show函数

  private:

  float x;

  float y;

  };

  void show(const screen &s)

  {

  cout << s.x << ", " << s.y << endl;

  }

  void show(int a, int b, const screen &s)

  {

  cout << s.x + a << ", " << s.y + b << endl;

  }

  int main(void)

  {

  screen s;

  show(s);

  show(100, 200, s);

  string word;

  getline(cin, word);

  return 0;

  }

  4、友元跟权限标识符的关系

  实际上,一个类的友元,不管是友元类、友元成员函数还是友元非成员函数,都必须是public访问权限的,否则无法在类外被调用。