研究背景
類具有封裝和信息隱藏的特性。只有
類的成員函式才能訪問類的私有成員,程式中的其他函式是無法訪問私有成員的。非成員函式可以訪問類中的公有成員,但是如果將
數據成員都定義為公有的,這又破壞了隱藏的特性。另外,應該看到在某些情況下,特別是在對某些成員函式多次調用時,由於
參數傳遞,類型檢查和安全性檢查等都需要時間開銷,而影響程式的運行效率。
為了解決上述問題,提出一種使用友元的方案。友元是一種定義在類外部的普通函式或類,但它需要在類體內進行說明,為了與該類的成員函式加以區別,在說明時前面加以關鍵字friend。友元不是成員函式,但是它可以訪問類中的私有成員。友元的作用在於提高程式的運行效率,但是,它破壞了類的封裝性和隱藏性,使得非成員函式可以訪問類的私有成員。不過,類的訪問許可權確實在某些套用場合顯得有些呆板,從而容忍了友元這一特別語法現象。
友元函式
特點
友元函式是能夠訪問類中的私有成員的非成員函式。友元函式從語法上看,它與普通函式一樣,即在定義上和調用上與普通函式一樣。
友元關係不具對稱性。即 A 是 B 的友元,但 B 不一定是 A 的友元。 友元關係不具傳遞性。即 B 是 A 的友元,C 是 B 的友元,但是 C 不一定是 A 的友元。
套用實例
#include<iostream>#include<cmath>using namespace std;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 << "(" << x << "," << y << ")" << endl;}double Distance(Point &a, Point &b){ double dx = a.x - b.x; double dy = a.y - b.y; return sqrt(dx*dx + dy*dy);}int main(void){ Point p1(3.0, 4.0), p2(6.0, 8.0); p1.Getxy(); p2.Getxy(); double d = Distance(p1, p2); cout << "Distance is" << d << endl; return 0;}
在該程式中的Point類中說明了一個
友元函式Distance(),它在說明時前邊加friend關鍵字,標識它不是成員函式,而是友元函式。它的定義方法與普通函式定義一樣,而不同於成員函式的定義,因為它不需要指出所屬的類。但是,它可以引用類中的私有成員,
函式體中a.x,b.x,a.y,b.y都是類的私有成員,它們是通過
對象引用的。在調用友元函式時,也是同普通函式的調用一樣,不要像成員函式那樣調用。本例中,p1.Getxy()和p2.Getxy()這是成員函式的調用,要用對象來表示。而Distance(p1, p2)是
友元函式的調用,它直接調用,不需要對象表示,它的參數是對象。(該程式的功能是已知兩點坐標,求出兩點的距離。)
友元類
定義
友元除了函式以外,還可以是類,即一個類可以作另一個類的友元。當一個類作為另一個類的友元時,這就意味著這個類的所有成員函式都是另一個類的
友元函式,都可以訪問另一個類中的隱藏信息(包括私有成員和保護成員)。
定義友元類的語句格式如下:
friend class 類名(即友元類的類名);
注意事項
(1) 友元關係不能被繼承。
(2) 友元關係是單向的,不具有交換性。若類B是類A的友元,類A不一定是類B的友元,要看在類中是否有相應的聲明。
(3) 友元關係不具有傳遞性。若類B是類A的友元,類C是B的友元,類C不一定是類A的友元,同樣要看類中是否有相應的申明。
問題
即一個函式作為一個類的函式,同時又是另一個類的友元。
如果我們決定該函式必須作為一個
類的成員函式,同時又是另一個類的友元,則成員函式聲明和友元聲明如下:
class Window;class Screen{
Screen& copy(Window&);//...};
friend Screen& Screen::copy(Window&);//...
只有當一個類的定義已經被定義時,它的成員函式才能被聲明為另一個類的友元。例如Screen 類必須把Window
類的成員函式聲明為友元,而Window類必須把Screen 類的成員函式聲明為友元。在這種情況下可以把整個Window類聲明為Screen 類的友元。
class Window;class Screen{friend class Window;//...};Screen 類的非公有成員現在可以被Window 的每個成員函式訪問。Screen 類的非公有成員現在可以被Window 的每個成員函式訪問。
Screen 類的非公有成員現在可以被Window 的每個成員函式訪問。