C++ 入门09：友元函数和友元类
往期回顾：C++ 入门06：类的进阶（构造函数的重载与拷贝构造函数）-CSDN博客
C++ 入门07：静态成员和常量成员-CSDN博客
C++ 入门08：运算符重载-CSDN博客
一、媒介
在前面文章的学习中，我们了解了类和对象的根本知识、构造函数、拷贝构造函数、静态成员、常量成员以及运算符重载。今天，我们将学习 C++ 中的友元函数和友元类。友元使得非成员函数或其他类可以访问类的私有成员，从而提高了类的机动性和可扩展性。
二、友元函数和友元类
2.1、 友元函数
（1）什么是友元函数？
友元函数（Friend Function）是一个被指定为某个类的友元的函数，尽管它不是该类的成员，但它可以访问该类的私有成员和保护成员。这种机制为类的封装性提供了一种机动的增补，通过友元函数，我们可以在类的外部定义一些操纵，即使不粉碎类的封装性，仍旧能够访问类的内部数据。
（2）声明友元函数
要在类中声明一个友元函数，你需要在类的定义体内部，使用friend关键字后跟友元函数的声明。friend关键字告诉编译器，这个特定的函数是类的友元，因此可以访问类的私有和保护成员。
语法：
class ClassName {
friend 返回类型 函数名(参数列表);
};
示例：
假设我们有一个表示点的 Point 类，我们盼望定义一个函数来盘算两点之间的距离。由于距离盘算涉及访问点的私有成员变量，因此我们可以将这个函数声明为 Point 类的友元函数。
#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
class Point {
private:
double x, y;
public:
Point(double x = 0, double y = 0) : x(x), y(y) {}
// 声明友元函数
friend double distance(const Point &p1, const Point &p2);
};
// 定义友元函数
double distance(const Point &p1, const Point &p2) {
double dx = p1.x - p2.x;
double dy = p1.y - p2.y;
return sqrt(dx * dx + dy * dy);
}
int main() {
Point p1(3.0, 4.0);
Point p2(0.0, 0.0);
cout << "Distance: " << distance(p1, p2) << endl;
return 0;
}
在这个示例中，我们定义了一个 Point 类，并声明确一个友元函数 distance。这个友元函数可以访问 Point 类的私有成员 x 和 y，从而盘算两点之间的距离。
注意事项：
1、友元关系不是相互的。如果函数A是类B的友元，并不意味着类B是函数A的友元或类B的成员函数可以访问函数A的内部状态。
2、友元关系不能继续。如果基类声明确一个友元函数，派生类不会自动继续这个友元关系。3、友元可以粉碎类的封装性，因此应该谨慎使用。确保只在确实需要时才将函数声明为友元。4、友元可以是其他类的成员函数，也可以是全局函数或命名空间中的函数。 2.2、 友元类
（1）什么是友元类？
友元类（Friend Class）是一个被指定为某个类的友元的类，尽管它不是该类的成员，但它可以访问该类的私有成员和保护成员。通过友元类，我们可以在另一个类中访问当前类的私有成员，从而实现更紧密的类之间的协作。
（2）声明友元类
在类的定义中使用 friend 关键字声明友元类。
语法：
class ClassName {
friend class FriendClassName;
};
示例：
假设我们有一个 Box 类，表示一个长方体的长、宽和高。我们盼望定义一个 BoxUtility 类，该类包罗一些用于操纵 Box 类的实用函数。为了让 BoxUtility 类访问 Box 类的私有成员，我们可以将 BoxUtility 声明为 Box 的友元类。
#include <iostream>
using namespace std;
class Box {
private:
double length, width, height;
public:
Box(double l = 0, double w = 0, double h = 0) : length(l), width(w), height(h) {}
// 声明友元类
friend class BoxUtility;
};
class BoxUtility {
public:
static double calculateVolume(const Box &box) {
return box.length * box.width * box.height;
}
static void displayDimensions(const Box &box) {
cout << "Length: " << box.length << ", Width: " << box.width << ", Height: " << box.height << endl;
}
};
int main() {
Box box(3.0, 4.0, 5.0);
cout << "Volume: " << BoxUtility::calculateVolume(box) << endl;
BoxUtility::displayDimensions(box);
return 0;
}
在这个示例中，我们定义了一个 Box 类，并声明确一个友元类 BoxUtility。BoxUtility 类包罗两个静态函数 calculateVolume 和 displayDimensions，它们可以访问 Box 类的私有成员 length、width 和 height，从而盘算体积并表现尺寸。
以上就是 C++ 程序的友元函数和友元类的根本知识点了。通过友元函数和友元类，我们可以在类的外部访问其私有成员，从而实现更机动和紧密的类之间的协作。
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