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C++友元函数和友元类

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通过 friend 关键字，我们可以将不属于当前类的一个函数在当前类中加以声明，该函数便可以成为当前类的友元函数。

【例 1】 
#include<iostream>
using namespace std;

class book
{
public:
    book(){}
    book(char* a, double p);
    friend void display(book &b);
private:
    double price;
    char * title;
};

book::book(char* a, double p) 
{
    title = a;
    price = p;
}

void display(book &b)
{
    cout<<"The price of "<<b.title<<" is $"<<b.price<<endl;
}

int main()
{
    book Alice("Alice in Wonderland",29.9);
    display(Alice);
    book Harry("Harry potter", 49.9);
    display(Harry);
    return 0;
}
在本例中，display() 是一个顶层函数，在 book 类中，我们借助 friend 关键字将其声明为友元函数。结果在 display() 函数体内，我们就能访问 private 属性的 title 和 price 成员变量。这就是友元函数的作用。

也就是说，友元函数可以访问这个类中的私有成员。如果这个 display() 函数不是 book 类的友元函数，则在函数体中还必须调用 public 属性的成员函数。在此例中需要注意的是友元函数的形参是类对象的引用，同时在访问私有成员变量时必须要加上对象名。

除了顶层函数可以被定义为友元函数之外，其它类的成员函数同样可以声明为本类的友元函数，如例 2 所示。

【例 2】 
#include<iostream>
using namespace std;

class time;

class date
{
public:
    date(int y,int m,int d);
    void display(time &t);
private:
    int year;
    int month;
    int day;
};

class time
{
public:
    time(int s,int m,int h);
    friend void date::display(time & t);
private:
    int second;
    int minute;
    int hour;
};

time::time(int s,int m,int h)
{
    second = s;
    minute = m;
    hour = h;
}

date::date(int y,int m,int d)
{
    year = y;
    month = m;
    day = d;
}

void date::display(time &t)
{
    cout<<"The time is:"<<endl;
    cout<<year<<"/"<<month<<"/"<<day<<" ";
    cout<<t.hour<<":"<<t.minute<<":"<<t.second<<endl;
}

int main()
{
    date d(2015,1,16);
    time t(20,2,30);
    d.display(t);
    return 0;
}
本例中定义了两个类 time 和 date，在 time 类中有 hour、minute 和 second 三个成员变量，分别代表时、分、秒。在 date 类中有 year、month 和 day 三个成员变量，分别代表年、月、日信息。

为了能够共同显示年、月、日、时、分、秒信息，我们在 date 类中声明了一个 display() 函数，并且将该函数设置为 time 类的友元函数，如此一来，该函数既能访问 date 类中的私有成员变量，同时又能访问 time 类中的私有成员变量，打印时间自然不在话下。

这个例子有几点需要注意一下：
  1. date 类的定义必须出现在 time 类之前，这么做是为了使得 display() 函数的函数声明能够在声明为友元函数之前；
  2. display() 函数的形参为 time 类对象的引用，而 time 类又必须定义在 date 类之后，如此一来只能先将 time 类声明在 date 类之前了，如class time;这一语句即是为了声明time类；
  3. display() 函数的定义需要放到 time 类定义的后面，这是因为 display() 函数中必须用到 time 类中的私有成员变量，因此在使用之前，这些成员变量必须先声明出来。

这三个需要注意顺序的地方需要大家特别关注一下，顺序一定不能搞错了，否则都是无法通过编译的。

无论是类的成员函数还是顶层函数，它们都是可以被多个类声明为友元函数的，如此一来就可以访问多个类中的私有成员变量，但是为了保证数据的安全，友元函数的使用宁缺毋滥。

除了可以利用 friend 关键字声明友元函数之外，我们还可以将其它类声明为当前类的友元类。友元类声明的语法非常简单，即为：

friend 类名;

【例 3】 
#include<iostream>
using namespace std;

class time;
class date
{
public:
    date(int y,int m,int d);
    void display(time &t);
private:
    int year;
    int month;
    int day;
};

class time
{
public:
    friend date;
    time(int s,int m,int h);
private:
    int second;
    int minute;
    int hour;
};

time::time(int s,int m,int h)
{
    second = s;
    minute = m;
    hour = h;
}

date::date(int y,int m,int d)
{
    year = y;
    month = m;
    day = d;
}

void date::display(time &t)
{
    cout<<"The time is:"<<endl;
    cout<<year<<"/"<<month<<"/"<<day<<" ";
    cout<<t.hour<<":"<<t.minute<<":"<<t.second<<endl;
}

int main()
{
    date d(2015,1,16);
    time t(20,2,30);
    d.display(t);
    return 0;
}
在本例中，我们将 date 类声明为 time 类的友元类，则此时 date 类中的所有成员函数都将转化为 time 类的友元函数，可以访问 time 类中的所有成员。毫无疑问，date 类中 display() 函数同样也会成为 time 类的友元，因此利用 time 类对象 t 的引用便可以访问 time 类的私有成员变量了。此函数中类的声明及定义、函数的声明及定义位置同样需要注意。

关于友元还有几点需要注意：
  • 例 3 中我们将 date 类声明为 time 类的友元类，此时 date 类中的所有函数都将成为 time 类的友元函数；
  • date 类是 time 类的友元类，但是 time 类不是 date 类的友元类。友元关系是单向的，而不是双向的。如果需要将 time 类也声明名为 date 类的友元类，则需要另外在 date 类中声明；
  • 友元关系不能传递，假设 A 类是 B 类的友元类，B 类是 C 类的友元类，这两点并不能得出 A 类是 C 类的友元类；
  • 友元类会破坏数据的安全性，使用时宁缺毋滥。如果不是能够极大提高程序运行效率的情况，最好不要用友元。

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