C++友元：跨墙访问的三种姿势

友元

友元之普通函数形式

友元之成员函数形式

友元类

友元的特点

友元

什么叫友元？

一般来说，类的私有成员只能在类的内部访问，类之外是不能访问它们的。但如果将其他类/函数设置为类的友元，那么友元类/函数就可以在前一个类的类定义之外访问其私有成员了。用friend关键字声明友元。

将类比作一个家庭，类的private 成员相当于家庭的秘密，一般的外人当然不允许探听这些秘密的，只有 friend 才有资格探听这些秘密。

友元的三种形式：普通函数、成员函数、友元类

友元之普通函数形式

示例：程序中有Point类，需要求取两个点的距离。按照设想，我们定义一个普通函数distance，接收两个Point对象作为参数，通过公式计算这两个点之间的距离。但Point的_ix和 _iy是私有成员，在类外不能通过对象访问，那么可以将distance函数声明为Point类的友元函数，之后就可以在distance函数中访问Point的私有成员了。

class Point{
public:Point(int x, int y): _ix(x), _iy(y){}
friendfloat distance(const Point & lhs, const Point & rhs);
private:int _ix;int _iy;
};

float distance(const Point & lhs, const Point & rhs){return sqrt((lhs._ix - rhs._ix)*(lhs._ix - rhs._ix) +(lhs._iy - rhs._iy)*(lhs._iy - rhs._iy));
}

友元之成员函数形式

假设类A有一个成员函数，该成员函数想去访问另一个类B类中的私有成员变量。这时候则可以在第二个类B中，声明第一个类A的那个成员函数为类B的友元函数，这样第一个类A的某个成员函数就可以访问第二个类B的私有成员变量了。

我们试验一下，以另一种方式实现上面的需求，如果distance函数不再是一个普通函数，而是Line类的一个成员函数，也就是说需要在一个类（Line）的成员函数中访问另一个类（Point）的私有成员，那么又该如何实现呢？

如果将Point类定义在Line类之前，Line类的成员函数要访问Point类的私有成员，需要在Point类中将Line的这个成员函数设为友元函数——此时编译器并不认识Line类；
如果将Line类定义在Point类之前，那么distance函数需要接受两个const Point &作为参数——此时编译器不认识Point类；

解决方法：

——在Line前面做一个Point类的前向声明；

——但如果将distance的函数体写在Line类中，编译器虽然知道了有一个Point类，但并不知道Point类具体有什么成员，所以此时在函数体中访问_ix、 _iy都会报错，编译器并不认识它们；

思考一下，有什么办法可以解决这个问题呢？

class Point;//前行声明
//只有前向声明，只知道有piont这个类，不知道point是怎么实现的，但不能访问point的内容，那么我们在line类中
//只做函数的声明，不做定义
class Line
{//需要前向声明，使编译器知道有piont这个类public:float destance(const Point &lhs,const Point &rhs);
};
class Point
{public:Point(int x,int y):_ix(x),_iy(y){}//friend friend float Line::destance(const Point &lhs,const Point &rhs);
private:int _ix;int _iy;
};

//point 有什么东西编译器已经知道，现在对destance做定义就可以了，在外面是普通函数，就上作用域
float Line::destance(const Point &lhs,const Point &rhs)
{return sqrt(pow(lhs._ix - rhs._ix ,2)+pow(lhs._iy - rhs._iy,2));
}

补充：

前向声明的用处：进行了前向声明的类，可以以引用或指针的形式作为函数的参数，只要不涉及到对该类对象具体成员的访问，编译器可以通过。

（让编译器认识这个类，但是注意如果只进行前向声明，这个类的具体实现没有的话，无法使用这个类的对象，无法创建）

注意：友元的声明要注意和函数的形式完全对应上。

友元类

如上的例子，假设类 Line 中不止有一个 distance 成员函数，还有其他成员函数，它们都需要访问Point 的私有成员，如果还像上面的方式一个一个设置友元，就比较繁琐了，可以直接将 Line 类设置为 Point 的友元类，在工作中这也是更常见的方法。

class Point {//...friend class Line;//...
};

在Point类中声明Line类是本类的友元类，那么Line类中的所有成员函数中都可以访问Point类的私有成员。一次声明，全部解决。

不可否认，友元将类的私有成员暴露出来，在一定程度上破坏了信息隐藏机制，似乎是种“副作用很大的药”，但俗话说“良药苦口”。好工具总是要付出点代价的，拿把锋利的刀砍瓜切菜，总是要注意不要割到手指的。

友元的存在，使得类的接口扩展更为灵活，使用友元进行运算符重载从概念上也更容易理解一些，而且， C++ 规则已经极力地将友元的使用限制在了一定范围内。

友元的特点

友元不受类中访问权限的限制——可访问私有成员
友元破坏了类的封装性
不能滥用友元，友元的使用受到限制
友元是单向的——A类是B类的友元类，则A类成员函数中可以访问B类私有成员；但并不代表B类是A类的友元类，如果A类中没有声明B类为友元类，此时B类的成员函数中并不能访问A类私有成员
友元不具备传递性——A是B的友元类，B是C的友元类，无法推断出A是C的友元类
友元不能被继承——因为友元破坏了类的封装性，为了降低影响，设计层面上友元不能被继承