友元是一种定义在类外部的普通函数或类,但它需要在类体内进行说明,为了与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,但是它可以访问类中的私有成员。
研究背景
类具有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,程序中的其他函数是无法访问私有成员的。非成员函数可以访问类中的公有成员,但是如果将
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,而影响程序的运行效率。
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或类,但它需要在类体内进行说明,为了与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,但是它可以访问类中的私有成员。友元的作用在于提高程序的运行效率,但是,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。不过,类的访问权限确实在某些应用场合显得有些呆板,从而容忍了友元这一特别语法现象。
友元函数
特点
友元函数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,它与普通函数一样,即在定义上和调用上与普通函数一样。
友元关系不具对称性。即 A 是 B 的友元,但 B 不一定是 A 的友元。 友元关系不具传递性。即 B 是 A 的友元,C 是 B 的友元,但是 C 不一定是 A 的友元。
应用实例
在该程序中的Point类中说明了一个
友元函数Distance(),它在说明时前边加friend关键字,标识它不是成员函数,而是友元函数。它的定义方法与普通函数定义一样,而不同于成员函数的定义,因为它不需要指出所属的类。但是,它可以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,它们是通过
对象引用的。在调用友元函数时,也是同普通函数的调用一样,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,它直接调用,不需要对象表示,它的参数是对象。(该程序的功能是已知两点坐标,求出两点的距离。)
友元类
定义
友元除了函数以外,还可以是类,即一个类可以作另一个类的友元。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)。
定义友元类的语句格式如下:
friend class 类名(即友元类的类名);
注意事项
(1) 友元关系不能被继承。
(2) 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。
(3) 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。
问题
即一个函数作为一个类的函数,同时又是另一个类的友元。
如果我们决定该函数必须作为一个
类的成员函数,同时又是另一个类的友元,则成员函数声明和友元声明如下:
只有当一个类的定义已经被定义时,它的成员函数才能被声明为另一个类的友元。例如Screen 类必须把Window
类的成员函数声明为友元,而Window类必须把Screen 类的成员函数声明为友元。在这种情况下可以把整个Window类声明为Screen 类的友元。
Screen 类的非公有成员可以被Window 的每个成员函数访问。