C++ 中的友元函数和友元类

友元函数（Friend Function）

友元函数 是被声明为某个类的“朋友”的普通函数或类的成员函数。友元函数可以访问该类的私有成员和保护成员。

语法：

class ClassName {friend ReturnType FriendFunctionName(Arguments);
private:int privateMember;
protected:int protectedMember;
public:int publicMember;
};

特点：

友元函数不是类的成员函数，但可以访问类的私有和保护成员。
需要在类内部用 friend 关键字显式声明。
通常用于操作类的内部数据而不破坏封装性，比如实现运算符重载。

示例：

#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 of box: " << b.width << endl;
}int main() {
    Box b(10.5);printWidth(b); // 调用友元函数return 0;
}

友元类（Friend Class）

友元类 是一个类声明为另一个类的朋友。友元类的所有成员函数都可以访问另一个类的私有成员和保护成员。

语法：

class ClassB; // 前向声明class ClassA {friend class ClassB; // 声明 ClassB 为友元类
private:int privateMemberA;
protected:int protectedMemberA;
};class ClassB {
public:void accessClassA(ClassA& a) {
        a.privateMemberA = 10; // 访问 ClassA 的私有成员
        a.protectedMemberA = 20; // 访问 ClassA 的保护成员}
};

特点：

被声明为友元的类可以访问另一个类的所有成员，包括私有和保护成员。
需要在类内部用 friend class ClassName 声明。
友元关系是单向的，不是双向的。例如，ClassB 是 ClassA 的友元，但 ClassA 不是 ClassB 的友元，除非显式声明。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;class Box;class Printer {
public:void printBoxVolume(Box& b);
};class Box {
private:double length;double width;double height;friend class Printer; // Printer 是 Box 的友元类
public:Box(double l, double w, double h) : length(l), width(w), height(h) {}
};void Printer::printBoxVolume(Box& b) {double volume = b.length * b.width * b.height;
    cout << "Volume of box: " << volume << endl;
}int main() {
    Box b(10.0, 5.0, 3.0);
    Printer p;
    p.printBoxVolume(b); // 调用友元类的方法return 0;
}

友元的优缺点

优点：

提高了类之间的访问能力，在特殊情况下很方便，例如运算符重载。
保持了接口简单，避免通过 public 方法间接访问私有数据。

缺点：

破坏了封装性，因为友元函数和类可以直接访问私有成员。
过度使用友元可能导致代码的耦合度增加。

友元的作用

C++ 中的友元机制通过 friend 关键字为某些函数或类提供访问另一个类的私有和保护成员的权限。它的主要作用包括以下几个方面：

1. 允许外部函数访问类的私有/保护成员

在保持类成员私有的同时，为特定的外部函数提供直接访问权限，例如：

运算符重载： 很多情况下，需要外部函数直接操作类对象的私有数据。
数据操作： 当需要高效操作类的内部数据时，可以通过友元函数简化接口。

示例：运算符重载

#include <iostream>
using namespace std;class Complex {
private:double real, imag;
public:Complex(double r, double i) : real(r), imag(i) {}// 声明友元函数friend Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2);
};Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2) {return Complex(c1.real + c2.real, c1.imag + c2.imag);
}

2. 在多个类之间共享私有数据

当多个类需要共享彼此的私有数据时，使用友元类可以让某个类直接访问另一个类的私有成员，避免通过公共接口间接访问。

示例：类之间的协作

#include <iostream>
using namespace std;class Box;class Calculator {
public:double calculateVolume(const Box& b);
};class Box {
private:double length, width, height;friend class Calculator; // Calculator 是 Box 的友元类
public:Box(double l, double w, double h) : length(l), width(w), height(h) {}
};double Calculator::calculateVolume(const Box& b) {return b.length * b.width * b.height; // 直接访问私有成员
}