友元是一種定義在類外部的普通函式或類，但它需要在類體內進行說明，為了與該類的成員函式加以區別，在說明時前面加以關鍵字friend。友元不是成員函式，但是它可以訪問類中的私有成員。
基本介紹
- 中文名：友元
- 外文名：friend
- 目的：提高程式的運行效率
- 性質：定義在類外部的普通函式或類
- 學科：計算機科學、測繪科學
- 缺點：破壞了類的封裝性和隱藏性
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研究背景
類具有封裝和信息隱藏的特性。只有類的成員函式才能訪問類的私有成員，程式中的其他函式是無法訪問私有成員的。非成員函式可以訪問類中的公有成員，但是如果將數據成員都定義為公有的，這又破壞了隱藏的特性。另外，應該看到在某些情況下，特別是在對某些成員函式多次調用時，由於參數傳遞，類型檢查和安全性檢查等都需要時間開銷，而影響程式的運行效率。
為了解決上述問題，提出一種使用友元的方案。友元是一種定義在類外部的普通函式或類，但它需要在類體內進行說明，為了與該類的成員函式加以區別，在說明時前面加以關鍵字friend。友元不是成員函式，但是它可以訪問類中的私有成員。友元的作用在於提高程式的運行效率，但是，它破壞了類的封裝性和隱藏性，使得非成員函式可以訪問類的私有成員。不過，類的訪問許可權確實在某些套用場合顯得有些呆板，從而容忍了友元這一特別語法現象。
友元函式
特點
友元函式是能夠訪問類中的私有成員的非成員函式。友元函式從語法上看，它與普通函式一樣，即在定義上和調用上與普通函式一樣。
友元關係不具對稱性。即 A 是 B 的友元，但 B 不一定是 A 的友元。 友元關係不具傳遞性。即 B 是 A 的友元，C 是 B 的友元，但是 C 不一定是 A 的友元。
套用實例
下面舉一例子說明友元函式的套用。
#include<iostream>#include<cmath>using namespace std;class Point{public: Point(double xx, double yy) { x = xx; y = yy; }; void Getxy(); friend double Distance(Point &a, Point &b);private: double x, y;};void Point::Getxy(){ cout << "(" << x << "," << y << ")" << endl;}double Distance(Point &a, Point &b){ double dx = a.x - b.x; 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(); p2.Getxy(); double d = Distance(p1, p2); cout << "Distance is" << d << endl; return 0;}在該程式中的Point類中說明了一個友元函式Distance()，它在說明時前邊加friend關鍵字，標識它不是成員函式，而是友元函式。它的定義方法與普通函式定義一樣，而不同於成員函式的定義，因為它不需要指出所屬的類。但是，它可以引用類中的私有成員，函式體中a.x，b.x，a.y，b.y都是類的私有成員，它們是通過對象引用的。在調用友元函式時，也是同普通函式的調用一樣，不要像成員函式那樣調用。本例中，p1.Getxy()和p2.Getxy()這是成員函式的調用，要用對象來表示。而Distance(p1, p2)是友元函式的調用，它直接調用，不需要對象表示，它的參數是對象。(該程式的功能是已知兩點坐標，求出兩點的距離。)
友元類
定義
友元除了函式以外，還可以是類，即一個類可以作另一個類的友元。當一個類作為另一個類的友元時，這就意味著這個類的所有成員函式都是另一個類的友元函式，都可以訪問另一個類中的隱藏信息（包括私有成員和保護成員）。
定義友元類的語句格式如下：
friend class 類名（即友元類的類名）;
注意事項
(1) 友元關係不能被繼承。
(2) 友元關係是單向的，不具有交換性。若類B是類A的友元，類A不一定是類B的友元，要看在類中是否有相應的聲明。
(3) 友元關係不具有傳遞性。若類B是類A的友元，類C是B的友元，類C不一定是類A的友元，同樣要看類中是否有相應的申明。
問題
即一個函式作為一個類的函式，同時又是另一個類的友元。
如果我們決定該函式必須作為一個類的成員函式，同時又是另一個類的友元，則成員函式聲明和友元聲明如下：
class Window;class Screen{public://copy是類Screen的成員
Screen& copy(Window&);//...};
class Window{//copy是類Window的一個友元
friend Screen& Screen::copy(Window&);//...
};
只有當一個類的定義已經被定義時，它的成員函式才能被聲明為另一個類的友元。例如Screen 類必須把Window 類的成員函式聲明為友元，而Window類必須把Screen 類的成員函式聲明為友元。在這種情況下可以把整個Window類聲明為Screen 類的友元。
class Window;class Screen{friend class Window;//...};Screen 類的非公有成員現在可以被Window 的每個成員函式訪問。Screen 類的非公有成員現在可以被Window 的每個成員函式訪問。Screen 類的非公有成員現在可以被Window 的每個成員函式訪問。
