友元超英雄（二十二）

Posted 2020-11-07

        今天我们来介绍下一个新概念：友元。那么什么是友元呢？友元是 C++ 中的一种关系，它发生在函数与类之间或者类与类之间。友元关系是单向的，不能传递。

        下来我们来介绍下友元的用法：a> 在类中以 friend 关键字声明友元；b> 类的友元可以是其他类或者具体函数；c> 友元不是类的一部分，友元不受类中访问级别的限制；d> 友元可以直接访问具体类的所有成员。在类中用 friend 关键字对函数或者类进行声明。

        下面我们以代码为例进行分析

#include <stdio.h>
#include <math.h>

class Pointer
{
private:
    double x;
    double y;
public:
    Pointer(double x, double y)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }
    
    double getX()
    {
        return x;
    }
    
    double getY()
    {
        return y;
    }
};

double func(Pointer& p1, Pointer& p2)
{
    double ret = 0;
    
    ret = (p2.getY() - p1.getY()) * (p2.getY() - p1.getY()) +
          (p2.getX() - p1.getX()) * (p2.getX() - p1.getX());
          
    ret = sqrt(ret);
    
    return ret;
}

int main()
{
    Pointer p1(1, 2);
    Pointer p2(10, 20);
    
    printf("p1(%f, %f)\n", p1.getX(), p1.getY());
    printf("p2(%f, %f)\n", p2.getX(), p2.getY());
    printf("|(p1, p2)| = %f\n", func(p1, p2));
    
    return 0;
}

        我们实现的是求两点之间的距离，我们编译下看看结果

        我们在 func 函数中想要调用 p1 和 p2 的 x 和 y。但是间接调用了 8 次函数，相当于增加了开销，C++ 是要兼容 C 语言的高效的。我们试着直接将第 33 行改为这样呢：ret = (p2.y - p1.y) * (p2.y - p1.y) + (p2.x - p1.x) * (p2.x - p1.x)；编译结果如下

        我们看到直接报错，说是 x 和 y 是私有的。这时友元便闪亮登场了。我们在第 25 行加上一句：friend double func(Pointer& p1, Pointer& p2)；再次编译

        我们可以看到编译通过并且完美运行，那我们试试在第一个打印语句中直接调用 p1.x，看看可以不

        只能在友元声明范围内才能访问所有的成员及函数。在 main 函数中访问相当于是在外部进行访问，所以肯定会报错。友元是为了兼顾 C 语言的高效而诞生的，但是友元直接破坏了面向对象的封装性。友元在实际产品中的高效是得不偿失的，因此友元在现代软件工程中已经被逐渐被遗弃。

        我们在这讲的友元是不具备传递性的，类的友元可以是其他类的成员函数；也可以是某个完整的类，即它的所有成员函数都是友元。如下图所示

        我们再次以代码为例进行分析，用代码来描述出上面的关系，做个实验来加强印象

#include <stdio.h>

class ClassC
{
    const char* n;
public:
    ClassC(const char* n)
    {
        this->n = n;
    }
    
    friend class ClassB;
};

class ClassB
{
    const char* n;
public:
    ClassB(const char* n)
    {
        this->n = n;
    }
    
    void getClassCName(ClassC& c)
    {
        printf("c.n = %s\n", c.n);
    }
    
    friend class ClassA;
};

class ClassA
{
    const char* n;
public:
    ClassA(const char* n)
    {
        this->n = n;
    }
    
    void getClassBName(ClassB& b)
    {
        printf("b.n = %s\n", b.n);
    }
};

int main()
{
    ClassA a("a");
    ClassB b("b");
    ClassC c("c");
    
    a.getClassBName(b);
    b.getClassCName(c);
    
    return 0;
}

        我们在类 A 中直接获取类 B 的名字，同理，在类 B 中直接获取类 C 的名字。我们看看编译结果

        结果是没错的，那么 A 是 B 的友元，B 又是 C 的友元，可不可以等价于 A 是 C 的友元呢，我们试试在类 A 中直接获取类 C 的名字

        我们看到编译器直接报错了。也就是说，友元并不具备传递的功能。通过对友元的学习，总结如下：1、友元是为了兼顾 C 语言的高效而诞生的，但是它直接破坏了面向对象的封装性；2、友元关系不具备传递性；3、类的友元可以是其他类的成员函数，也可以是某个完整的类。

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