C++友元函数与拷贝构造函数详解

什么是友元函数？

在 C++ 编程中，有时一个类的方法需要访问该类的私有成员或保护成员，而这些方法不属于该类，此时就需要用到友元函数。

友元函数是被许可访问该类的私有成员或保护成员的函数。当一个函数被声明为友元函数时，它被赋予了访问该类中所有成员变量和函数的特殊权限。

#include <iostream>

using namespace std;

class MyClass {
    int num1;
    float num2;
public:
    MyClass() {
        num1 = 0;
        num2 = 0.0;
    }
    friend void setData(MyClass& obj, int num, float f); //声明友元函数
    void getData(){
        cout << "Num1: " << num1 << endl;
        cout << "Num2: " << num2 << endl;
    }
};

void setData(MyClass& obj, int num, float f){ //定义友元函数
    obj.num1 = num;
    obj.num2 = f;
}

int main() {
    MyClass obj;
    setData(obj, 100, 20.5);
    obj.getData();
    return 0;
}

上面的例子中，MyClass 类中的 setData 函数被声明为该类的友元函数，可以访问 MyClass 类中的私有成员 num1 和保护成员 num2。在主函数中，我们调用了 friend 函数 setData，并传递 MyClass 对象的引用，将参数值设置为 100 和 20.5。在 getData 函数中，我们展示了这些值，以确认 friend 函数已成功访问到私有成员。

什么是拷贝构造函数？

拷贝构造函数是一种特殊的成员函数，用于在创建对象时将另一个现有对象的值复制到新对象中。C++ 编译器会自动提供一个默认的拷贝构造函数，但是在某些情况下，我们需要自己定义一个自定义的拷贝构造函数。

#include <iostream>

using namespace std;

class MyClass {
   public:
      int x;
      MyClass(int i) {
         x = i;
      }
      MyClass(const MyClass& other) {
         x = other.x;
         cout << "Copy constructor is called." << endl;
      }
};

int main() {
   MyClass obj1(10);
   MyClass obj2(obj1); //使用拷贝构造函数创建新的对象
   cout << "Obj1: " << obj1.x << endl;
   cout << "Obj2: " << obj2.x << endl;
   return 0;
}

上面的例子中，我们定义了一个类 MyClass，并在其中实现了一个构造函数以及自定义的拷贝构造函数。在主函数中，我们使用拷贝构造函数创建了一个新的对象 obj2，该对象的值与 obj1 相同。注意，在创建 obj2 时，我们没有调用 MyClass 类的构造函数，而是使用了已存在的 obj1 对象的值。同时，在拷贝构造函数的实现中，我们从 other.x 中获取 obj1 的值并将其赋值给 obj2。

示例 1：友元类

一个类也可以成为另一个类的友元。这意味着另一个类可以访问该类中的所有成员及其函数。下面是一个使用类作为友元的例子。

#include <iostream>

using namespace std;

class MyClass2; //预定义类 MyClass2

class MyClass1 {
   private:
      int x;
   public:
      MyClass1() {
         x = 0;
      }
      void setX(int i) {
         x = i;
      }
      int getX() {
         return x;
      }
      friend class MyClass2; // MyClass2 是朋友类
};

class MyClass2 {
   private:
      int y;
   public:
      MyClass2() {
         y = 0;
      }
      void setY(int i) {
         y = i;
      }
      void showData(MyClass1 obj) { // MyClass1 函数可以访问
         cout << "X = " << obj.x << endl;
         cout << "Y = " << y << endl;
      }
};

int main() {
   MyClass1 obj1;
   MyClass2 obj2;
   obj1.setX(10);
   obj2.setY(20);
   obj2.showData(obj1);
   return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了两个类 MyClass1 和 MyClass2。在 MyClass1 类中声明了 MyClass2 类作为该类的友元，因此 MyClass2 类可以访问 MyClass1 中的所有成员。在 MyClass2 中，我们实现了一个 showData 函数，该函数用于显示 MyClass1 和 MyClass2 中的成员值。在主函数中，我们创建了对象 obj1 和 obj2，并将它们的值设置为了 10 和 20。最后，我们调用 MyClass2 中的 showData 函数，以验证该函数已访问 MyClass1 中的私有成员。

示例 2：拷贝构造函数

拷贝构造函数可以用于创建一个新对象，使其具有现有对象的值。下面是一个使用拷贝构造函数的例子。

#include <iostream> 

using namespace std;

class MyClass {
   public:
      int x;
      MyClass(int i) {
         x = i;
      }
      MyClass(const MyClass& other) {
         x = other.x;
         cout << "Copy constructor is called." << endl;
      }
};

int main() {
   MyClass obj1(10);
   MyClass obj2(obj1);
   cout << "Obj1: " << obj1.x << endl;
   cout << "Obj2: " << obj2.x << endl;
   return 0;
}

这个例子很简单。我们定义了 MyClass 类，该类具有一个构造函数和自定义的拷贝构造函数。在主函数中，我们定义了两个对象 obj1 和 obj2，其中 obj2 使用拷贝构造函数从 obj1 中获取其值。在输出中，我们可以看到拷贝构造函数被调用，用于将 obj1 的值复制到 obj2 中。

总结

友元函数和拷贝构造函数是 C++ 中两个非常重要的概念。友元函数允许非类成员函数访问类的私有成员和保护成员，而拷贝构造函数用于为一个对象创建一个新的对象，并复制已有对象中的值。本文详细说明了这两个概念，包括它们的工作原理和使用方式，并提供了两个示例程序以便更好的理解这两个概念。