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C++中的友元关系

news 来源：原创 2025/6/21 6:48:16

在某些场合，一个完全无关的类由于某些特殊原因需要访问到某个 protected 成员，甚至某个 private 成员
如果所有的东西都声明成public 吧。这样固然可以，但这样就把原来我们想方设法要保护的方法或属性又暴漏了。

在 C++ 里，友元（Friend）是一种特殊的机制，它允许一个类或函数访问另一个类的私有成员和保护成员，这打破了类的封装性原则，但在某些特定场景下能提高代码的灵活性和效率。
声明一个友元关系的语法：只要在类声明里的某个地方加上一条 friend class ** 就行了。
• 注：这条语句可以放在任何地方，放在 public,protected, private 段落里都可以。

1. 友元函数

友元函数是在类外部定义的普通函数，但在类内部将其声明为友元，这样该函数就能访问类的私有和保护成员。

#include <iostream>

class Rectangle {
private:
    int width;
    int height;

public:
    Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}

    // 声明友元函数
    friend int calculateArea(const Rectangle& rect);
};

// 友元函数的定义
int calculateArea(const Rectangle& rect) {
    return rect.width * rect.height;
}

int main() {
    Rectangle rect(5, 3);
    std::cout << "Area: " << calculateArea(rect) << std::endl;
    return 0;
}

在这个例子中，calculateArea 是一个友元函数，它可以直接访问 Rectangle 类的私有成员 width 和 height，从而计算矩形的面积。

2. 友元类

可以将一个类声明为另一个类的友元类，这样友元类的所有成员函数都可以访问该类的私有和保护成员。

#include <iostream>

class Rectangle {
private:
    int width;
    int height;

public:
    Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}

    // 声明友元类
    friend class AreaCalculator;
};

class AreaCalculator {
public:
    int calculateArea(const Rectangle& rect) {
        return rect.width * rect.height;
    }
};

int main() {
    Rectangle rect(5, 3);
    AreaCalculator calculator;
    std::cout << "Area: " << calculator.calculateArea(rect) << std::endl;
    return 0;
}

在这个例子中，AreaCalculator 是 Rectangle 类的友元类，所以 AreaCalculator 类的成员函数 calculateArea 可以直接访问 Rectangle 类的私有成员 width 和 height。

3. 友元成员函数

除了将整个类声明为友元，还可以将另一个类的某个成员函数声明为友元。

#include <iostream>

class Rectangle; // 前向声明

class AreaCalculator {
public:
    int calculateArea(const Rectangle& rect);
};

class Rectangle {
private:
    int width;
    int height;

public:
    Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}

    // 声明友元成员函数
    friend int AreaCalculator::calculateArea(const Rectangle& rect);
};

// 友元成员函数的定义
int AreaCalculator::calculateArea(const Rectangle& rect) {
    return rect.width * rect.height;
}

int main() {
    Rectangle rect(5, 3);
    AreaCalculator calculator;
    std::cout << "Area: " << calculator.calculateArea(rect) << std::endl;
    return 0;
}

在这个例子中，AreaCalculator 类的 calculateArea 成员函数被声明为 Rectangle 类的友元，因此它可以访问 Rectangle 类的私有成员。

4.友元关系的特点

非传递性：如果类 A 是类 B 的友元，类 B 是类 C 的友元，这并不意味着类 A 是类 C 的友元。
单向性：友元关系是单向的，即如果类 A 是类 B 的友元，并不意味着类 B 是类 A 的友元。
不具有继承性：友元关系不能被继承，即如果类 A 是类 B 的友元，类 C 是类 B 的派生类，这并不意味着类 A 是类 C 的友元。