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一、前言
在C++编程语言中，友元函数（Friend Function）是一种特殊的函数，具有访问类中私有成员和保护成员的权限，尽管它不是类的成员函数。友元函数的存在使得类的设计更加灵活，能够在需要时授予外部函数访问类的私有成员的能力。本文将详细介绍C++中的友元函数，包括其定义、使用场景、优缺点以及示例。
二、友元是什么？
1️⃣： 友元是在一个类中声明的一个非成员函数，但在类的内部声明该函数为友元。这意味着该函数可以访问该类的私有成员，包括私有变量和私有函数。
2️⃣： 友元的声明通常位于类的声明中，但其实现则位于类外部。
三、友元的感性理解和分类
🥝友元的感性理解
上述对友元的描述可能比较抽象，大家难以理解，我们可以通过一个生活小案例来感性理解一下
- 在我们的日常生活中，假设大家都住在别墅社区里面， 在每栋别墅里面都是房间的，像客厅、卧室、厨房、洗手间，每家每户基本都有，我们可以将这些私人的房屋称为你的 —- 私人区域
- 那在一个小区中，除了挨家挨户的的私人领域外，一定会存在公共区域，在这些公共区域中，会有一些公共场所，例如像篮球场、咖啡馆、游泳馆、小卖部或是健身器材等等，我们可以将这些所有人都可以访问的地方称为 —– 公共区域
- 所以 篮球场、健身区域就相当于 —- 公共区域，大家都可以来玩，你的家就相当于 —– 私人领域，只有你能进去。
- 但是千防万防你都很难防住 —- 隔壁老王 —- 去你家
所以在程序里，有些私有属性 也想让类外特殊的一些函数或者类进行访问，就需要用到友元的技术（隔壁老王）
- ⚡友元的目的：就是让一个函数或者类 访问另一个类中的私有成员
- ⚡友元的关键字：friend
🍋友元的三种分类
✨友元 — 全局函数
首先，我们要定义一个社区类，公共成员变量为—-公共区域，私有成员变量为—家
// 创建一个社区的类 // 一个社区里面有大家可以一起活动的 公共区域 也有自己的私人空间 家 class Community { public: // community 的构造函数 ，给成员变量 赋 初始值 Community() { PublicAreas = "公共区域"; home = "家"; } string PublicAreas; // 公共区域 private: string home; // 家 };然后定义一个全局函数 laoWang()，用来访问Community类中的私有成员
void laowang(Community& communtiy) { // 访问了私人区域 cout << "隔壁老王 全局函数 正在偷偷潜入 你家：（引用传递）" << communtiy.home << endl; // 访问了公有区域 cout << "隔壁老王 全局函数 正在公共区域 打球：（引用传递）" << communtiy.PublicAreas << endl; }此时我们来测试一个看是否可以成功
此时就需要隔壁老王—-友元函数出手啦
关键代码
friend void laowang(Community& communtiy);在Community类中声明友元函数，告诉编译器 laoWang 全局函数是 Community类 的好朋友，可以访问Community对象的私有成员
// 创建一个社区的类 // 一个社区里面有大家可以一起活动的 公共区域 也有自己的私人空间 家 class Community { friend void laowang(Community& communtiy); public: // community 的构造函数 ，给成员变量 赋 初始值 Community() { PublicAreas = "公共区域"; home = "家"; } string PublicAreas; // 公共区域 private: string home; // 家 };下面给出全局函数做友元访问类的私有成员的完整示例代码
// 全局函数做--- 友元 // 创建一个社区的类 // 一个社区里面有大家可以一起活动的 公共区域 也有自己的私人空间 家 class Community { friend void laowang(Community& communtiy); public: // community 的构造函数 ，给成员变量 赋 初始值 Community() { PublicAreas = "公共区域"; home = "家"; } string PublicAreas; // 公共区域 private: string home; // 家 }; void laowang(Community& communtiy) { // 访问了私人区域 cout << "隔壁老王 全局函数 正在偷偷潜入 你家：（引用传递）" << communtiy.home << endl; // 访问了公有区域 cout << "隔壁老王 全局函数 正在公共区域 打球：（引用传递）" << communtiy.PublicAreas << endl; } int main() { // 创建一个社区对象 Community community; laowang(community); return 0; }
✨友元 — 成员函数
我们首先声明一个Community类，防止在下面的Laowang类中，编译器不认识Community
//前置类的声明 class Community; 然后定义Laowang类，采用成员函数在类内声明，类外定义的方式。
class Laowang { public: void visit(); private: }; void Laowang::visit() { Community _community; cout << "隔壁老王类正在访问：" << _community.PublicAreas << endl; cout << endl; cout << "隔壁老王类正在访问：" << _community.home << endl; }下面给出Community类的定义
class Community { public: // 构造函数 Community() { PublicAreas = "公共区域"; home = "你家"; } string PublicAreas; // 私有成员 private: string home; };同样的，现在还没有声明友元，因此类中的成员函数还不能访问另一个类的私有成员
此时就需要隔壁老王—-友元函数出手啦
关键代码
friend void Laowang::visit();在Community类中声明友元函数告诉编译器， Laowang 类中的 visit()函数 是Community类的好友，可以访问 Community类的私有区域（你家）
class Community { // 告诉编译器， Laowang 类中的 visit()函数 是Community类的好友，可以访问 Community类的私有区域（你家） friend void Laowang::visit(); public: // 构造函数 Community() { PublicAreas = "公共区域"; home = "你家"; } string PublicAreas; // 私有成员 private: string home; };下面给出成员函数做友元访问类的私有成员的完整示例代码
// 成员函数 做 友元 //前置类的声明 class Community; class Laowang { public: void visit(); private: }; class Community { // 告诉编译器， Laowang 类中的 visit()函数 是Community类的好友，可以访问 Community类的私有区域（你家） friend void Laowang::visit(); public: // 构造函数 Community() { PublicAreas = "公共区域"; home = "你家"; } string PublicAreas; // 私有成员 private: string home; }; void Laowang::visit() { Community _community; cout << "隔壁老王类正在访问：" << _community.PublicAreas << endl; cout << endl; cout << "隔壁老王类正在访问：" << _community.home << endl; } int main() { Laowang lw; lw.visit(); return 0; }
✨友元 — 类
我们首先声明一个Laowang类，防止在下面的Community 类中，编译器不认识Laowang类
// 前置类的声明 class Laowang;然后定义 Community 类
class Community { public: // 创建 构造函数 Community() { // 初始化赋值 PublicAreas = "公共区域"; home = "你家"; } string PublicAreas; // 公共区域 private: string home; // 家 };然后定义Laowang类，采用成员函数在类内声明，类内定义的方式。（采用成员函数在类内声明，类外定义也可以）
// 定义 一个老王类 class Laowang { public: // 构造函数 Laowang() {} // 参观函数，用于老王进入你家-----访问 Community中的属性 void visit() { cout << "隔壁老王类正在访问：" << _community.PublicAreas << endl; cout << endl; cout << "隔壁老王类正在访问：" << _community.home << endl; } private: //自定义类 Community _community; };同样的，现在还没有声明友元，因此类中的成员函数还不能访问另一个类的私有成员
此时就需要隔壁老王—-友元函数出手啦
关键代码
friend class Laowang;在Community类中声明友元函数告诉编译器， Laowang类是Community类的好朋友，可以访问Community类的私有成员(你家)
class Community { // 告诉编译器，Laowang类是Community类的好朋友，可以访问Community类的私有成员(你家) friend class Laowang; public: // 创建 构造函数 Community() { // 初始化赋值 PublicAreas = "公共区域"; home = "你家"; } string PublicAreas; // 公共区域 private: string home; // 家 };下面给出 类 做友元访问类的私有成员的完整示例代码
// 类 做 友元 // 前置类的声明 class Laowang; class Community { // 告诉编译器，Laowang类是Community类的好朋友，可以访问Community类的私有成员(你家) friend class Laowang; public: // 创建 构造函数 Community() { // 初始化赋值 PublicAreas = "公共区域"; home = "你家"; } string PublicAreas; // 公共区域 private: string home; // 家 }; // 定义 一个老王类 class Laowang { public: // 构造函数 Laowang() {} // 参观函数，用于老王进入你家-----访问 Community中的属性 void visit() { cout << "隔壁老王类正在访问：" << _community.PublicAreas << endl; cout << endl; cout << "隔壁老王类正在访问：" << _community.home << endl; } private: //自定义类 Community _community; }; int main() { // 创建一个 老王 的对象 Laowang lw; lw.visit(); return 0; }
四、友元函数的应用场景
🍍操作符重载 :”<<” 与 “>>”
当需要重载类的操作符（如<<、>>、+、-等）时，友元函数可以访问私有成员，实现合适的操作。
接下来，就写个自定义类型的<< 和 >>的重载来演示友元函数：
- >> 流提取
- << 流插入
C++里cout和cin是全局的对象包含在<iostream>的，cin 是 istream类型 的对象，cout 是ostream类型 的 对象
C++中，内置类型是直接支持cout流插入<<和cin流提取>>的，并且其可以自动识别类型。其原因是库里面已经把这些内置类型的给重载了：
而自定义类型就不能直接用>>或<<，因此，我们需要手写这两个的运算符重载。
❓问题：现在我们尝试去重载 operator<< ，然后发现我们没办法将 operator<< 重载成成员函数。因为cout的输出流对象和隐含的this指针在抢占第一个参数的位置。this 指针默认是第一个参数也就是左操作数了。但是实际使用中 cout 需要是第一个形参对象，才能正常使用。所以我们要将 operator<< 重载成全局函数。但是这样的话，又会导致类外没办法访问成员，那么这里就需要友元来解决。operator>>同理。
- 我们拿 — 日期类 — 来举例说明
// 输出输入 流 << >> class Date { //友元函数 friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);//流插入 << friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);//流提取 >> public: Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) { _year = year; _month = month; _day = day; } private: int _year; int _month; int _day; }; //流插入 <<.. ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d) { out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl; return out; } //流提取 >> istream& operator>>(istream& in, Date& d) { in >> d._year >> d._month >> d._day; return in; } int main() { Date d1; cin >> d1; cout << endl; cout << "输出今天的日期："<<d1; }
五、友元的注意事项
🍋 友元函数的注意事项
1️⃣：友元函数可访问类的私有和保护成员，但不是类的成员函数
2️⃣：友元函数不能用const修饰
- 因为友元函数只是一个全局函数，不属于类的成员函数，所以它没有隐藏的this指针，而const修饰的就是this指针，只有非静态的成员函数才能用const修饰
3️⃣：友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制
4️⃣：一个函数可以是多个类的友元函数
- 比如说一个函数需要访问多个类中的私有成员，那可以在那几个类中设置这个函数为他们的友元函数，这样就都可以访问了
🍇 友元类的注意事项
1️⃣：友元关系是单向的，不具有交换性。
- 比如上述Community类和Laowang类，在Community类中声明Laowang类为其友元类，那么可以在Laowang类中直接访问Community类的私有成员变量，但想在Community类中访问Laowang类中私有的成员变量则不行。
2️⃣：友元关系不能传递
- 如果B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元。
六、友元的优缺点
🍓友元 — 优点
1、访问私有成员：
主要作用是允许外部函数或类访问另一个类的私有成员，从而实现对类的细粒度控制。
2、操作符重载：
当需要重载类的操作符（如<<、>>、+、-等）时，友元函数可以访问私有成员，实现合适的操作。
3、提高效率：
在某些情况下，使用友元函数可以提高程序的执行效率，因为它可以直接访问类的私有成员，而不需要通过访问器函数（getter和setter）。
🍉友元 — 缺点
1、破坏封装性：
友元函数可以突破类的封装性，使得类的私有成员可以被外部函数直接访问，可能会降低代码的安全性和可维护性。（友元也破环了类的隐藏与封装，所以必须慎用 （牺牲安全，提高效率））
2、难以维护：
当程序变得复杂时，友元函数的使用可能会导致代码变得难以理解和维护。3、友元不能 继承，交换，传递
七、共勉
以下就是我对 友元–最全解析 的理解，如果有不懂和发现问题的小伙伴，请在评论区说出来哦，同时我还会继续更新对 C++ 的理解，请持续关注我哦！！！
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