C++ 中友元详解

Question

问题的提出

我们已知道类具备封装和信息隐 藏的特性。只有类的成员函数才能访问类的私有成员，程式中的其他函数是无法访问私有成员的。非成员函数能够访问类中的公有成员，但是假如将数据成员都定义 为公有的，这又破坏了隐藏的特性。另外，应该看到在某些情况下，特别是在对某些成员函数多次调用时，由于参数传递，类型检查和安全性检查等都需要时间开 销，而影响程式的运行效率。

为了解决上述问题，提出一种使用友元的方案。友元是一种定义在类外部的普通函数，但他需要在类体内进行说 明，为了和该类的成员函数加以区别，在说明时前面加以关键字 friend。友元不是成员函数，但是他能够访问类中的私有成员。友元的作用在于提高程式的运 行效率，但是，他破坏了类的封装性和隐藏性，使得非成员函数能够访问类的私有成员。

友元能够是个函数，该函数被称为友元函数；友元也能够是个类，该类被称为友元类。

友元函数

友元函数的特点是能够访问类中的私有成员的非成员函数。友元函数从语法上看，他和普通函数相同，即在定义上和调用上和普通函数相同。下面举一例子说明友元函数的应用。

#include 
#include 
class Point{
  public:
    Point(double xx, double yy) { x=xx; y=yy; }
    void Getxy();
    friend double Distance(Point &a, Point &b);
  private:
    double x, y;
};
void Point::Getxy()
{
  cout<<"("<<<","<<<")"<< FONT>
}
double Distance(Point &a, Point &b)
{
  double dx = a.x - b.x;
  double dy = a.y - b.y;
  return sqrt(dx*dx+dy*dy);
}
void main()
{
  Point p1(3.0, 4.0), p2(6.0, 8.0);
  p1.Getxy();
  p2.Getxy();
  double d = Distance(p1, p2);
  cout<<"Distance is"<<< FONT>
}

说明：在该程式中的 Point 类中说明了一个友元函数 Distance()，他在说明时前边加 friend 关键字，标识他不是成员函数，而是友元函数。 他的定义方法和普通函数定义相同，而不同于成员函数的定义，因为他无需指出所属的类。但是，他能够引用类中的私有成员，函数体中 a.x，b.x，a.y，b.y 都是类的私有成员，他们是通过对象引用的。

在调用友元函数时，也是同普通函数的调用相同，不要像成员函数那样调用。本例 中，p1.Getxy() 和 p2.Getxy() 这是成员函数的调用，要用对象来表示。而 Distance(p1, p2) 是友元函数的调用，他直接调 用，无需对象表示，他的参数是对象。(该程式的功能是已知两点坐标，求出两点的距离。)

友元类

友元除了前面讲过的函数以外，友元还能够是类，即一个类能够作另一个类的友元。当一个类作为另一个类的友元时，这就意味着这个类的任何成员函数都是另一个类的友元函数。