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c++ 中的 friend 关键字

news 来源：原创 2025/5/14 13:15:15

在 C++ 中，friend 关键字用于声明友元，它允许一个类或函数访问另一个类的私有（private）和受保护（protected）成员。友元机制打破了类的封装性，但提供了更高的灵活性，适用于特定场景。

Python 和 Java 中似乎没有见到类似的关键字。

友元类：一个类可以声明另一个类为友元，使其能够访问自己的私有和受保护成员。
友元函数：一个类可以声明某个函数（全局函数或另一个类的成员函数）为友元，授予其访问权限。
友元关系是单向的，且不可继承。

友元函数例子：

#include <iostream>

using namespace std;

class Box {
private:
    double width;

public:
    Box(double w) : width(w) {}
    // 声明友元函数
    friend void printWidth(Box& b);
};

// 定义友元函数
void printWidth(Box& b) {
    cout << "Width: " << b.width << endl; // 直接访问私有成员
}

int main() {
    Box box(10.5);
    printWidth(box);
    return 0;
}

友元类例子：

#include <iostream>

using namespace std;

class Box {
private:
    double width;

public:
    Box(double w) : width(w) {}
    friend class BoxInspector; // 声明友元类
};

class BoxInspector {
public:
    void inspect(Box& b) {
        cout << "Box width: " << b.width << endl; // 访问私有成员
    }
};

int main() {
    Box box(20.0);
    BoxInspector inspector;
    inspector.inspect(box);
    return 0;
}

友元函数一个重要的应用是重载运算符 <<，可以直接打印类：

#include <iostream>

using namespace std;

class Complex {
private:
    double real, imag;

public:
    Complex(double r = 0, double i = 0) : real(r), imag(i) {}
    // 声明友元函数重载 <<
    friend ostream& operator<<(ostream& os, const Complex& c);
};

// 定义友元函数
// ostream 是一个输出流的类， std::cout 是其一个实例
// & 表示引用传递，而不是值传递
// 返回类型是 std::ostream&，表示函数需要返回一个对 std::ostream 对象的引用。
// 参数 os 已经是一个引用（std::ostream& os），它绑定到调用时传入的实际流对象（如 std::cout）
ostream& operator<<(ostream& os, const Complex& c) {
    os << c.real << " + " << c.imag << "i"; // 访问私有成员
    return os;
}

int main() {
    Complex c(3.5, 2.0);
    cout << c << endl;
    return 0;
}