友元详解

1.问题的提出

我们已知道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，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。

2.友元的分类:

2.1 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，它与普通函数一样，即在定义上和调用上与普通函数一样。下面举一例子说明友元函数的应用。

　　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<<"("<

　　}

　　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"<

　　}

　说明：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。)

　　2.2 友元类

友元除了前面讲过的函数以外，友元还可以是类，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。

示例代码如下：

#include    

using namespace std; 

class Internet; 

class Country 

{ 

public: 

    Country() 

    { 

        strcpy(cname,"中国"); 

    } 

friend class Internet;//友类的声明 

protected: 

    char cname[30]; 

}; 

class Internet 

{ 

public:   

    Internet(char *name,char *address)   

    {   

        strcpy(Internet::name,name);   

        strcpy(Internet::address,address);  

    } 

void Editcname(Country &temp); 

protected:   

    char name[20]; 

    char address[20]; 

}; 

void Internet::Editcname(Country &temp) 

{ 

    strcpy(temp.cname,"中华人民共和国");  

} 

void main() 

{ 

    Internet a("中国软件开发实验室","www.cndev-lab.com"); 

    Country b; 

    a.Editcname(b); 

    cin.get(); 

}

在上面的代码中我们成功的通过Internet类Editcname成员函数操作了Country类的保护成员cname。

3.当友元遇到了虚函数：

几点基本知识：

1）如果类A是类B的友元，则类A(的成员函数)可以直接访问类B的私有成员。

2）友元不能继承。也就是说，类A是类B的友元，类D是类B的派生类，则类A并不会直接是类D的友元。通俗一点，父亲的朋友，并不天生就是儿子的朋友。

3）虚函数的基本知识就不说了。

来看下面的几段代码：

Code:

class A;  

class B  

{  

private:  

    virtual void output()  

    {  

        cout << "B::output" << endl;  

    }  

   friend class A;       

};  

  

class D : public B  

{  

private:  

    virtual void output()  

    {  

        cout << "D::output" << endl;  

    }      

};  

A 是 B 的友元类， 而D是B的派生类。 所以，若想在A中直接访问D的代码，则编译不过：

Code:

class A  

{  

public:       

    void test()  

    {  

        D d;  

        d.output(); //编译出错  

    }  

};  

这一点大家都没觉得有问题，毕竟书上写得都明白直观：父类的友元，并不会因为继承，而成为派生类的友元。

但若代码改成这样，编译器似乎就被欺骗了：

Code:

class A  

{  

public:      

    void test()  

    {  

        D d;  

        B* pb = &d;     

        pb->output(); //编译通过  

    }  

};  

没错，很多人会认为这种代码，就算能通过编译器，也很可能是一种不好的代码，因为它怎么看都像是在欺骗编译器。是这样吗？先不讨论。先问一个问题： 上面的08行代码，output调用的是B类的那个output，还是D类的那个呢？

回答正确并不难——既然会认定这段代码带有“欺骗”性质，而且又注意到output是一个“虚函数”的话——就能能正确地解答： 调用的是D类的。A明明只是B的友元，但却通过一个简单的类型转换，就访问了D类的那个私有函数，所以会觉得这是一种“欺骗”。

如果这是一种欺骗，那我们先来回答这个骗局为什么能成立：因为“友元”的判断(resolve)，在编译期决定；而虚函数在运行期去resolve。在编译08行代码时，编译器看到*pb的类型是B，而A是B的友元，所以允许它调用output（它认为是B::output）；而在运行时，由于output是虚函数，所以最终被决定到D::output头上。