C++友元函数的分析和理解

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-04-11 05:38 114阅读 0赞

参考链接  
\[url\]http://blog.csdn.net/insistgogo/article/details/6608672\[/url\]  
\[url\]http://www.cnblogs.com/fzhe/archive/2013/01/05/2846808.html\[/url\]  
  
\[b\]1、为什么要引入友元函数：在实现类之间数据共享时，减少系统开销，提高效率\[/b\]  
具体来说：为了使其他类的成员函数直接访问该类的私有变量  
即：允许外面的类或函数去访问类的私有变量和保护变量，从而使两个类共享同一函数  
优点：能够提高效率，表达简单、清晰  
缺点：友元函数破环了封装机制，尽量不使用成员函数，除非不得已的情况下才使用友元函数。  
  
\[b\]2、什么时候使用友元函数：\[/b\]  
1)运算符重载的某些场合需要使用友元。  
2)两个类要共享数据的时候  
  
\[b\]3、怎么使用友元函数\[/b\]  
\[color=darkred\]友元函数的参数\[/color\]  
因为友元函数没有this指针，则参数要有三种情况：  
1、 要访问非static成员时，需要对象做参数；--常用(友元函数常含有参数)  
2、 要访问static成员或全局变量时，则不需要对象做参数  
3、 如果做参数的对象是全局对象，则不需要对象做参数  
  
\[color=darkred\]友元函数的位置\[/color\]  
因为友元函数是类外的函数，所以它的声明可以放在类的私有段或公有段且没有区别。  
  
\[color=darkred\]友元函数的调用\[/color\]  
可以直接调用友元函数，不需要通过对象或指针  
  
  
\[color=darkred\]友元函数的分类\[/color\]  
根据这个函数的来源不同，可以分为三种方法：  
\[size=medium\]1、普通函数友元函数：  
a) 目的：使普通函数能够访问类的友元  
b) 语法：声明位置：公有私有均可，常写为公有  
声明： friend + 普通函数声明  
实现位置：可以在类外或类中  
实现代码：与普通函数相同（不加不用friend和类::）  
调用：类似普通函数，直接调用\[/size\]  
  
\[size=medium\]2、类Y的所有成员函数都为类X友元函数—友元类  
a）目的：使用单个声明使Y类的所有函数成为类X的友元  
它提供一种类之间合作的一种方式，使类Y的对象可以具有类X和类Y的功能  
具体来说：  
前提：A是B的友元（=》A中成员函数可以访问B中有所有成员，包括私有成员和公有成员--老忘）  
则：在A中，借助类B，可以直接使用～B . 私有变量～的形式访问私有变量  
  
b）语法：声明位置：公有私有均可，常写为私有(把类看成一个变量)  
声明： friend + 类名---不是对象啊  
调用：\[/size\]  
  
\[size=medium\]3、类Y的一个成员函数为类X的友元函数  
a）目的：使类Y的一个成员函数成为类X的友元  
具体而言：而在类Y的这个成员函数中，借助参数X，可以直接以X。私有变量的形式访问私有变量  
b）语法：声明位置：声明在公有中 （本身为函数）  
声明：friend + 成员函数的声明  
调用：先定义Y的对象y---使用y调用自己的成员函数---自己的成员函数中使用了友元机制\[/size\]  
  
4、在模板类中使用友元operator<<(对<<运算符的重载)  
a)使用方法：  
在模板类中声明：

friend ostream& operator<< <>(ostream& cout,const MGraph<VexType,ArcType>& G);

在模板类中定义：

template<class VexType,class ArcType>  
    ostream& operator<<(ostream& cout,const MGraph<VexType,ArcType>& G)  
    {  
        //函数定义  
    }

b)注意：  
把函数声明非模板函数：

friend ostream& operator<< (ostream& cout,const MGraph& G);

把函数声明为模板函数：

friend ostream& operator<< <>(ostream& cout,const MGraph<VexType,ArcType>& G);  
    或：
    friend ostream& operator<< <VexType,ArcType>(ostream& cout,const MGraph<VexType,ArcType>& G);

说明：  
在函数声明中加入operator<< <>：是将operator<<函数定义为函数模板，将函数模板申明为类模板的友员时,是一对一绑定的  
实际的声明函数：这里模板参数可以省略，但是尖括号不可以省略  
  
  
\[color=red\]\[size=medium\]\[b\]使用友元类时注意：  
(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  
  
友元函数和类的成员函数的区别：成员函数有this指针，而友元函数没有this指针。  
  
记忆：A是B的友元《=》A是B的朋友《=》借助B的对象，在A中可以直接 通过B。成员变量（可以是公有，也可以为私有变量） 的方式访问B  
\[/b\]\[/size\]\[/color\]

//测试一：普通函数友元函数
    //
    class IntegerNumber
    {
       
    //
    public:
        void SetNumber(int a, int b, int c)
        {
       
            m_nPublicNumber = a;
            m_nProtectedNumber = b;
            m_nPrivateNumber= c;
        }
    
    //
    public:
         void PrintPublicNumber()
         {
       
             cout<<"[PrintPublicMethod] Public Number is " << m_nPublicNumber << endl;
         }
    
    protected:
        void PrintProtectedNumber()
        {
       
            cout<<"[PrintProtectedMethod] Protected Number is " << m_nProtectedNumber << endl;
        }
    
    private:
        void PrintPrivateNumber()
        {
       
            cout<<"[PrintPrivateMethod] Private Number is " << m_nPrivateNumber << endl;
        }
    
    //
    //由于友元函数没有this指针，所以一般要求用户传入友元函数所在类的一个对象
    //结论一：声明友元函数，友元函数的访问权限不受 public | protected | private 影响
    public:
        friend void PublicFriend(IntegerNumber& number)
        {
       
            cout << "--------------------------------------------------------\n";
                                                                                                 //结论二：友元函数可以访问对象的所有成员
            cout << "[PublicFriend] Public Number is " << number.m_nPublicNumber << endl;        //友元函数可以访问公有成员
            cout << "[PublicFriend] Protecdted Number is " << number.m_nProtectedNumber << endl; //友元函数可以访问保护成员
            cout << "[PublicFriend] Private Number is " << number.m_nPrivateNumber << endl;      //友元函数可以访问私有成员
    
                                             结论三：友元函数可以访问对象的所有方法
            number.PrintPublicNumber();      //友元函数可以访问公有方法
            number.PrintProtectedNumber();   //友元函数可以访问保护方法
            number.PrintPrivateNumber();     //友元函数可以访问私有方法
        }
    
    protected:
        friend void ProtectedFriend(IntegerNumber& number)
        {
       
            cout << "--------------------------------------------------------\n";
            cout << "[ProtectedFriend] Public Number is " << number.m_nPublicNumber << endl;        //友元函数可以访问公有成员
            cout << "[ProtectedFriend] Protecdted Number is " << number.m_nProtectedNumber << endl; //友元函数可以访问保护成员
            cout << "[ProtectedFriend] Private Number is " << number.m_nPrivateNumber << endl;      //友元函数可以访问私有成员
    
            number.PrintPublicNumber();      //友元函数可以访问公有方法
            number.PrintProtectedNumber();   //友元函数可以访问保护方法
            number.PrintPrivateNumber();     //友元函数可以访问私有方法
        }
    
    private:
         friend void PrivateFriend(IntegerNumber& number)
         {
       
             cout << "--------------------------------------------------------\n";
             cout << "[PrivateFriend] Public Number is " << number.m_nPublicNumber << endl;        //友元函数可以访问公有成员
             cout << "[PrivateFriend] Protecdted Number is " << number.m_nProtectedNumber << endl; //友元函数可以访问保护成员
             cout << "[PrivateFriend] Private Number is " << number.m_nPrivateNumber << endl;      //友元函数可以访问私有成员
    
             number.PrintPublicNumber();      //友元函数可以访问公有方法
             number.PrintProtectedNumber();   //友元函数可以访问保护方法
             number.PrintPrivateNumber();     //友元函数可以访问私有方法
         }
    
    //
    public:
        int m_nPublicNumber;
    
    protected:
        int m_nProtectedNumber;
    
    private:
        int m_nPrivateNumber;
    };
    
    //
    void FriendMethodTest()
    {
       
        IntegerNumber cNumber;
        cNumber.SetNumber(8, 9, 10);
    
        //友元函数只能采取以下直接调用的方式
        //
        PublicFriend(cNumber);//直接调用
        ProtectedFriend(cNumber);//直接调用
        PrivateFriend(cNumber);//直接调用
    
    
        // C2039: 'PublicFriend' : is not a member of 'IntegerNumber'
        //cNumber.PublicFriend(cNumber);   //友元函数无法采用一般成员函数的调用方式
    
        //error C2039: 'ProtectedFriend' : is not a member of 'IntegerNumber'
        //cNumber.ProtectedFriend(cNumber); //友元函数无法采用一般成员函数的调用方式
    
        //error C2039: 'PrivateFriend' : is not a member of 'IntegerNumber'
        //cNumber.PrivateFriend(cNumber);     //友元函数无法采用一般成员函数的调用方式
    }
    
    void NormalMethodTest()
    {
       
        IntegerNumber cNumber;
        cNumber.SetNumber(8, 9, 10);
    
        //正常情况下，对象只能访问公有成员，无法访问保护成员和私有成员。
        //
        cout << "Public Number is " << cNumber.m_nPublicNumber << endl;        //一般对象可以访问公有成员
    
        //error C2248: 'IntegerNumber::m_nProtectedNumber' : cannot access protected member declared in class 'IntegerNumber'
        //cout << "Protecdted Number is " << cNumber.m_nProtectedNumber << endl; //一般对象无法访问保护成员
    
        //error C2248: 'IntegerNumber::m_nPrivateNumber' : cannot access private member declared in class 'IntegerNumber'
        //cout << "Private Number is " << cNumber.m_nPrivateNumber << endl;      //一般对象无法访问私有成员
    
    
        //正常情况下，对象只能访问公有方法，无法访问保护方法和私有方法。
        //
        cNumber.PrintPublicNumber();    //一般对象可以访问公有方法
    
        //error C2248: 'IntegerNumber::PrintProtectedNumber' : cannot access protected member declared in class 'IntegerNumber'
        //cNumber.PrintProtectedNumber(); //一般对象无法访问保护方法
    
        //error C2248: 'IntegerNumber::PrintPrivateNumber' : cannot access private member declared in class 'IntegerNumber'
        //cNumber.PrintPrivateNumber();   //一般对象无法访问私有方法
    }
    
    
    void main()
    {
       
        NormalMethodTest();
        FriendMethodTest();
    }

\[img\]http://chuantu.biz/t5/10/1466043742x3738746553.jpg\[/img\]

//测试二：指定其他类的方法为自己的友元函数
    class Girl;
    
    class Boy
    {
       
    public:
        Boy(int nId, int nAge)
        {
       
            m_nID = nId;
            m_nAge = nAge;
        }
    
        void Display(Girl& girl);
    
    private:
        int m_nID;
        int m_nAge;
    };
    
    class Girl
    {
       
    public:  
        Girl(int nId, int nAge)
        {
       
            m_nID = nId;
            m_nAge = nAge;
        }
    
        //声明类Boy的成员函数DispGirl()为类Girl的友元函数
        friend void Boy::Display(Girl& girl);
    
    private:
        int m_nID;
        int m_nAge;
    };
    
    void Boy::Display(Girl& girl)
    {
       
        //访问自己(Boy)的对象成员,直接访问自己的私有变量 
        cout  <<  "Boy's id is:"  <<  m_nID  <<  ",age:"  <<  m_nAge  <<  endl;
    
        //借助友元，在Boy的成员函数disp中，借助Girl的对象，直接访问Girl的私有变量
        //正常情况下，只允许在Girl的成员函数中访问Girl的私有变量  
        cout  <<  "Girl's id is:"  <<  girl.m_nID<<  ",age:"  <<  girl.m_nAge  <<endl;
    }
    
    void FriendMethodByOtherClassTest()
    {   
        Boy b(123, 18);
        Girl g(345, 20);
        b.Display(g);
    }
    
    void main()
    {
       
        FriendMethodByOtherClassTest();
    }

\[img\]http://chuantu.biz/t5/10/1466045254x3738746553.jpg\[/img\]

//测试三：友元类，可以访问类的全部函数，可以理解成特殊的友元函数
    class Wife;
    class Husband
    {  
    private:
        int m_nMoney;
    
    public:  
        Husband(int nMoney)
        {
       
            m_nMoney = nMoney;
        }
    
        void Display(Wife& wife);
    };
    
    class Wife
    {
       
    private:
        int m_nMoney;
    
        friend Husband;   //声明类Husband是类Wife的友元类
    
    public:
        Wife(int nMoney)
        {
       
            m_nMoney = nMoney;
        }
    };
    
    //函数Display()为类Husband的成员函数，也是类Wife的友元函数 
    void Husband::Display(Wife& wife) 
    { 
        //正常情况，Husband的成员函数disp中直接访问Husband的私有变量
        cout  <<  "Husband's money is:"  <<  m_nMoney  <<  endl;
    
        //借助友元类，在Husband的成员函数disp中，借助Wife的对象，直接访问Wife的私有变量
        //正常情况下，只允许在Wife的成员函数中访问Wife的私有变量
        cout  <<  "Wife's money is:"  <<  wife.m_nMoney  <<endl;
    }
    
    void FrientClassTest()
    {   
        Husband h(123);
        Wife w(456);
        h.Display(w);  //h调用自己的成员函数，但是以w为参数，友元机制体现在函数Display中
    }
    
    void main()
    {
       
        FrientClassTest();
    }

\[img\]http://chuantu.biz/t5/10/1466046396x3738746553.jpg\[/img\]

//测试四：友元函数进行操作符重载
    #include <iostream>
    #include <string>
    using namespace std;
    
    class rect {
       
        int x1, y1, x2, y2;    //矩形座标
    public:
        rect() {
       
            x1 = 0, y1 = 0, x2 = 0, y2 = 0;
        }
        rect(int m1, int n1, int m2, int n2) {
       
            x1 = m1, y1 = n1, x2 = m2, y2 = n2;
        }
        void print() {
       
            cout << "  x1=" << x1;
            cout << "  y1=" << y1;
            cout << "  x2=" << x2;
            cout << "  y2=" << y2;
            cout << endl;
        }
        //rect operator++();                 //这是类的运算符的重载
        friend rect operator++(rect &ob);   //这是全局运算符的重载
    };
    
    rect operator++(rect &ob) {
       
        ob.x1++, ob.y1++; 
        ob.x2++, ob.y2++;
    
        return ob;
    }
    
    int main ( )
    {
       
        rect r(12, 20, 50, 40);
        r.print();
    
        rect obj;
        obj = r++;
        obj.print();
    
        return 0;
    }