需要友元的原因及使用

有时候，普通函数需要直接访问一个类的保护或私有数据成员。如果没有友元机制，则只能将类的数据成员声明为公共的，从而，任何函数都可以无约束的访问它。

普通函数需要直接访问类的保护或私有数据成员的原因主要是为提高效率。

在类里声明一个普通函数，标上关键字friend，就成了该类的友元，可以访问该类的一切成员。

需要友元的另一个原因是为了方便重载操作符的使用。

友元函数不是成员函数，它是类的朋友，因而能够访问类的全部成员。在类的内部，只能声明它的函数原型，加上friend关键字。友元声明的位置可以在类的任何部位，既可在public区，也可在protected区，意义完全一样。友元函数定义则在类的外部，一般与类的成员函数定义放在一起。因为类重用时，一般友元是一起提供的。

一个类的成员函数可以使另一个类的友元。

整个类可以是另一个类的友元，该友元成为友类。友类的每个成员函数都可访问另一个类中的保护或私有数据成员。

友元的作用主要是为了提高效率和方便编程。但随着硬件性能的提高，友元的这点作用是微不足道的。相反，友元破坏了类的整体操作性，也破坏了类的封装，所以在使用时，要权衡利弊。

友元函数和友元类的需要：

　　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。

　　友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类。

　　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。

[cpp]
view plaincopy

#include "iostream"
#include "cmath"
using namespace std;
class Point
{
private:
double x,y;
public:
Point(double xx, double yy) { x=xx; y=yy; }
void Getxy();
friend double Distance(Point &a, Point &b); //friend标识它是友元函数，而不是成员函数，
};
void Point::Getxy()
{
cout<<"("<<x<<","<<y<<")"<<endl;
}
double Distance(Point &a, Point &b)
{
double dx = a.x - b.x; //可以访问类中的私有成员
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(); //调用成员函数
p2.Getxy();
double d = Distance(p1, p2); //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
cout<<"The distance is "<<d<<endl;
system("pause");
return 0;
}

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。

　　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。

　　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

　　C中声明A是其友元类，那么最基本的就是A可以使用C中的private方法或者对象。

　　图中可见，A是B的基类，C是D的基类。ABCD中就有如下关系：

　　1.B新增的方法不能访问Ｃ的私有成员

　　2.B从Ａ继承而来的方法可以访问Ｃ的私有成员

　　3.A只能访问D中从C中继承而来的私有成员，D中新增的私有成员不能访问！

　　总结起来：

　　(1)友元关系不可以继承，但对已有的方法来说访问权限不改变。

　　(2)如果改写基类的方法则访问权限改变

　　(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