C++ 中友元详解

Question

采用类的机制后实现了数据的隐藏与封装，类的数据成员一般定义为私有成员，成员函数一般定义为公有的，依此提供类与外界间的通信接口。但是，有时需要定义一 些函数，这些函数不是类的一部分，但又需要频繁地访问类的数据成员，这时可以将这些函数定义为该函数的友元函数。

除了友元函数外，还有友元类，两者统称为 友元。友元的作用是提高了程序的运行效率（即减少了类型检查和安全性检查等都需要时间开销），但它破坏了类的封装性和隐藏性，使得非成员函数可以访问类的 私有成员。

友元函数 ：

友元函数是可以直接访问类的私有成员的非成员函数。它是定义在类外的普通函数，它不属于任何类，但需要在类的定义中加以声明，声明时只需在友元的名称前加上关键字 friend，其格式如下：

friend 类型 函数名（形式参数);

友元函数的声明可以放在类的私有部分，也可以放在公有部分，它们是没有区别的，都说明是该类的一个友元函数。
一个函数可以是多个类的友元函数，只需要在各个类中分别声明。
友元函数的调用与一般函数的调用方式和原理一致。

友元类 ：

友元类的所有成员函数都是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的隐藏信息（包括私有成员和保护成员）。
当希望一个类可以存取另一个类的私有成员时，可以将该类声明为另一类的友元类。定义友元类的语句格式如下：

friend class 类名;

其中：friend 和 class 是关键字，类名必须是程序中的一个已定义过的类。

例如，以下语句说明类 B 是类 A 的友元类：

class A{
  …
  public:
  friend class B;
  …
};

经过以上说明后，类 B 的所有成员函数都是类 A 的友元函数，能存取类 A 的私有成员和保护成员。

使用友元类时注意：

• 友元关系不能被继承。
• 友元关系是单向的，不具有交换性。若类 B 是类 A 的友元，类 A 不一定是类 B 的友元，要看在类中是否有相应的声明。
• 友元关系不具有传递性。若类 B 是类 A 的友元，类 C 是 B 的友元，类 C 不一定是类 A 的友元，同样要看类中是否有相应的申明

注意事项：

1. 友元可以访问类的私有成员。
2. 只能出现在类定义内部，友元声明可以在类中的任何地方，一般放在类定义的开始或结尾。
3. 友元可以是普通的非成员函数，或前面定义的其他类的成员函数，或整个类。
4. 类必须将重载函数集中每一个希望设为友元的函数都声明为友元。
5. 友元关系不能继承，基类的友元对派生类的成员没有特殊的访问权限。如果基类被授予友元关系，则只有基类具有特殊的访问权限。该基类的派生类不能访问授予友元关系的类。