C++中的friend友元函数详细解析

友元函数是可以直接访问类的私有成员的非成员函数。它是定义在类外的普通函数，它不属于任何类，但需要在类的定义中加以声明，声明时只需在友元的名称前加上关键字friend。

我们已知道类具有封装和信息隐藏的特性。只有类的成员函数才能访问类的私有成员，程序中的其他函数是无法访问私有成员的。非成员函数可以访问类中的公有成员，但是如果将数据成员都定义为公有的，这又破坏了隐藏的特性。另外，应该看到在某些情况下，特别是在对某些成员函数多次调用时，由于参数传递，类型检查和安全性检查等都需要时间开销，而影响程序的运行效率。

为了解决上述问题，提出一种使用友元的方案。友元是一种定义在类外部的普通函数，但它需要在类体内进行说明，为了与该类的成员函数加以区别，在说明时前面加以关键字friend。友元不是成员函数，但是它可以访问类中的私有成员。友元的作用在于提高程序的运行效率（即减少了类型检查和安全性检查等都需要的时间开销），但是，它破坏了类的封装性和隐藏性，使得非成员函数可以访问类的私有成员。

友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类。

友元函数的特点是能够访问类中的私有成员的非成员函数。友元函数从语法上看，它与普通函数一样，即在定义上和调用上与普通函数一样。


代码如下:

#include "cmath"
#include "iostream"
using namespace std;
class Point
{
public:
      Point(double xx,double yy)
      {
          x=xx;
          y=yy;
      }
      void GetXY();
      friend double Distance(Point &a,Point &b);
protected:
private:
      double x,y;
};
void Point::GetXY()
{
     //cout<<"("<<this->x<<","<<this->y<<")"<<endl;
     cout<<"("<<x<<","<<y<<")"<<endl;
}
double Distance(Point &a,Point &b)
{
     double length;
     length=sqrt((a.x-b.x)*(a.x-b.x)+(a.y-b.y)*(a.y-b.y));     //它可以引用类中的私有成员
     return length;
}
int main(void)
{
     Point p1(3.0,4.0),p2(6.0,8.0);
     p1.GetXY();    //成员函数的调用方法，通过使用对象来调用
     p2.GetXY();
     double d = Distance(p1,p2);     //友元函数的调用方法，同普通函数的调用一样，不要像成员函数那样调用
     cout<<d<<endl;
     system("pause");
     return 0;
}

说明：在该程序中的Point类中说明了一个友元函数Distance()，它在说明时前边加friend关键字，标识它不是成员函数，而是友元函数。它的定义方法与普通函数定义一样，而不同于成员函数的定义，因为它不需要指出所属的类。但是，它可以引用类中的私有成员，函数体中的a.x，b.x，a.y，b.y都是类的私有成员，它们是通过对象引用的。在调用友元函数时，也是同普通函数的调用一样，不要像成员函数那样调用。本例中，p1.Getxy()和p2.Getxy()这是成员函数的调用，要用对象来表示。而Distance(p1, p2)是友元函数的调用，它直接调用，不需要对象表示，它的参数是对象。(该程序的功能是已知两点坐标，求出两点的距离。)

下面对上面的代码进行输入、输出流的重载：


代码如下:

#include <cmath>
#include <iostream>
using namespace std;
class Point
{
public:
      Point(double xx,double yy)
      {
           x=xx;
           y=yy;
      }
      void GetXY();
      friend double Distance(Point &a,Point &b);
     friend ostream &operator <<(ostream &a,Point &b);
protected:
private:
      double x,y;
};
// friend ostream& operator<<(ostream& o,A& another);
ostream &operator <<(ostream &out,Point &b)   //在类中声明的时候，可以是ostream &a，函数定义的时候也可以是ostream &out
{
     out<<"("<<b.x<<","<<b.y<<")"<<endl;
     return out;
}
void Point::GetXY()
{
     //cout<<"("<<this->x<<","<<this->y<<")"<<endl;
     //cout<<"("<<x<<","<<y<<")"<<endl;
     cout<<*this;
}
double Distance(Point &a,Point &b)
{
     double length;
     length=sqrt((a.x-b.x)*(a.x-b.x)+(a.y-b.y)*(a.y-b.y));
     return length;
}
int main(void)
{
     Point p1(3.0,4.0),p2(6.0,8.0);
     p1.GetXY();
     p2.GetXY();
     double d = Distance(p1,p2);
     cout<<d<<endl;
     system("pause");
     return 0;

}

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