C++中的friend友元函数详细解析

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什么是友元函数

在C++中，一个类的成员函数和成员变量通常只能被该类的对象使用。但是有些时候，我们需要在类外部的函数中使用该类的私有成员，这个时候可以使用友元函数。

友元函数是在类内部声明，在类外部定义的非成员函数，友元函数拥有访问该类的私有成员变量和私有成员函数的权限。友元函数可以在类外部调用，但是不能为空指针。

如何使用友元函数

要在一个类中声明友元函数，需要将其声明为该类的友元函数。友元函数需要在类中声明并定义，而不是声明在函数的原型中。

在声明友元函数时，需要在函数声明前加上friend关键字，例如：

class A {
  friend void fun();
};

该代码将声明一个名为fun的函数，并将其声明为类A的友元函数。

在类定义外部定义友元函数时，需要继续使用friend关键字，同时需要在函数名称前面加上类名称的作用域，例如：

class A {
  friend void ::fun(); // 注意这里的双冒号，表示使用全局命名空间中的函数fun()
};

示例一

下面是一个简单的示例，演示了如何在类中声明和使用友元函数：

#include <iostream>
using namespace std;

class Box {
  double width;
public:
  friend void setWidth(Box& box, double width);
  void printWidth() {
    cout << "Width of box : " << width << endl;
  }
};

void setWidth(Box& box, double width) {
  box.width = width;
}

int main() {
  Box box;

  // 通过友元函数设置宽度
  setWidth(box, 10.0);

  // 输出宽度
  box.printWidth();

  return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个叫做Box的类，并定义了一个名为setWidth的友元函数。在函数体内，我们可以访问Box类的私有成员width，并将其设置为传递给函数的值。在主函数中，我们创建了一个Box对象，并使用setWidth函数设置了它的宽度为10.0。然后我们调用了Box类中的一个成员函数printWidth()来打印对象的宽度。

示例二

下面是另一个示例，演示了如何使用类中的一个私有成员函数作为友元函数：

#include <iostream>
using namespace std;

class Box {
  double width;
  friend void printWidth(Box& box);
  void setWidth(double width) {
    this->width = width;
  }
public:
  void printWidth() {
    cout << "Width of box : " << width << endl;
  }
};

void printWidth(Box& box) {
  box.setWidth(10.0);
  cout << "Width of box : " << box.width << endl;
}

int main() {
  Box box;

  // 通过友元函数设置宽度
  printWidth(box);

  // 输出宽度
  box.printWidth();

  return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个叫做Box的类，并将printWidth()函数声明为Box类的友元函数。在printWidth()函数体内部，我们可以访问Box类中的一个私有成员函数setWidth()，并将其设置为传递给函数的值。在主函数中，我们创建了一个Box对象，并通过printWidth()函数来设置它的宽度，并打印出这个宽度。

总结

友元函数是C++中非常有用的特性，它允许类中的一个函数或外部函数访问类中的私有成员。在使用友元函数之前，需要先仔细考虑类的封装性，因为友元函数打破了类的隔离性。如果不慎使用不当，友元函数有可能会导致安全漏洞，所以需要谨慎使用。