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?一、概述?二、友元函数?三、友元类?四、友元成员函数?五、友元的其他关系✨5.1 让两个类互为友元✨5.2 共同友元 ?六、总结
?一、概述
一般来说，访问私有类成员的唯一方法是使用类方法。C++使用友元(friend)来避开这种限制。
C++的友元是为了解决这样的问题：有时需要类外部的函数来访问私有成员。这个问题在学习C++运算符时就会遇到。
本文主要介绍C++的三种友元实现，以及了解怎样编写自己的友元：
友元函数；友元类；友元成员函数。
?二、友元函数
友元函数：一般是在类内声明为友元(friend)的全局函数。声明后，该函数可以访问类的私有成员。
为什么需要友元函数？
在实现类的二元运算符时，大部分情况可以将运算符函数写成类的成员函数，然后让类的对象作为左操作数去调用该运算符函数，如：CB = CA + 1;。但是，如果需要实现等式CB = 1 + CA，就无法调用该函数，而且这种形式也没法用成员函数去实现。这时就需要在类外部实现该函数，而且该函数还需要访问类的私有成员，而这样的函数只有该类的友元函数。关于这段描述不清楚的可以看下面举例的代码。
怎样声明、定义友元函数？
我们以CDate类为例：
1、将友元函数的原型放在类声明中，并在原型声明前加上关键字 friend；
2、编写友元函数定义，因为它不是类的成员函数，所以不需要加类名作用域。
class CDate{friend CDate operator+(int day, const CDate &date);// 友元函数声明...};CDate operator+(int day, const CDate &date)// 友元函数定义{CDate temp = date;temp.m_day += day;cout << "Calling operator+(int, CDate)" << ", temp=" << &temp << endl;return temp;}友元函数例子完整代码：
// g++ 18_friend_fun.cpp #include <iostream>using namespace std;class CDate{friend CDate operator+(int day, const CDate &date);// 友元函数声明public:CDate(int year, int mon, int day);// 构造函数声明CDate(const CDate& date);// 拷贝构造函数声明CDate operator+(int day);// 加号运算符声明private:int m_year;int m_mon;int m_day;};// 构造函数定义CDate::CDate(int year, int mon, int day){m_year = year;m_mon = mon;m_day = day;cout << "Calling Constructor" << ", this=" << this <<endl;}// 拷贝构造函数定义CDate::CDate(const CDate& date){m_year = date.m_year;m_mon = date.m_mon;m_day = date.m_day;cout << "Calling Copy Constructor" << ", this=" << this << ", Copy Data" <<endl;}// 加号运算符定义CDate CDate::operator+(int day){CDate temp = *this;temp.m_day += day;cout << "Calling operator+(int)" << ", this=" << &temp << endl;return temp;}// 友元函数定义CDate operator+(int day, const CDate &date){CDate temp = date;temp.m_day += day;cout << "Calling operator+(int, CDate)" << ", temp=" << &temp << endl;return temp;}int main(){CDate date(2024,6,17);CDate CB = CA + 1;CB = 1 + CA;// 如果没有实现友元函数，则这句报错return 0;}运行结果如下，可以看到分别调用了operator+(int) 和 operator+(int, CDate) 函数。
?三、友元类
友元类：一般是在类内声明为友元(friend)的类。声明后，友元类的所有成员函数函数都可以访问类的私有成员。
什么时候需要定义友元类？
假如程序要定义一个 空调类(CAirCond) 和一个 遥控器类(CRemote)，这两个类存在一定的关系，但空调和遥控器显然不是继承的关系。而遥控器又可以改变空调的状态，也就是说 遥控器类 可以访问 空调类 的私有成员。这时就需要将 遥控器类 声明为 空调类 的友元类。
怎样声明、定义友元类？
1、在类中使用关键字 friend声明友元类；
2、编写友元类声明和定义；
class CAirCond// 空调{friend class CRemote; // 声明友元类...};class CRemote// 遥控器{...};友元类例子完整代码：
// g++ 18_friend_class.cpp #include <iostream>using namespace std;class CAirCond// 空调{friend class CRemote; // 声明友元类public:enum{OFF, ON};CAirCond(){state=OFF; temperature=26;}void setTemperature(int temp){temperature = temp;}void show(){cout << "air: state=" << (state==ON?"ON":"OFF") << ", temperature=" << temperature << endl;}private:int state;// 开关状态int temperature;// 温度};class CRemote// 遥控器{public:CRemote(int mode=0){m_mode=mode;}void AirCondOn(CAirCond &air){air.state = CAirCond::ON;}void AirCondOff(CAirCond &air){air.state = CAirCond::OFF;}void setTemperature(CAirCond &air, int temp){air.setTemperature(temp);}private:int m_mode;// 0-制冷、1-制热};int main(){CAirCond airConditioner;airConditioner.show();cout << endl;CRemote remote;remote.AirCondOn(airConditioner);airConditioner.show();cout << endl;remote.setTemperature(airConditioner,23);airConditioner.show();cout << endl;remote.AirCondOff(airConditioner);airConditioner.show();cout << endl;return 0;}运行结果如下：
?四、友元成员函数
友元成员函数：一般是在类内声明为友元(friend)的其他类的成员函数。声明后，友元成员函数可以访问类的私有成员。
什么时候需要定义友元成员函数？
如果某个类只有一两个成员函数需要访问本类的私有成员，可以只是将这一两个成员函数声明为本类的友元成员函数，而不用声明整个类为友元。例如，上个小节的 CRemote类 只有两个成员函数会访问 CAirCond类 的私有成员，可以只是声明这两个成员函数为 CRemote类 的友元。待会会给出这样操作的例子代码。
怎样声明、定义友元成员函数？
友元成员函数的声明、定义会有些复杂，下面以上个小节的 CAirCond 类、CRemote类 为例，分三步说明：
friend声明友元成员函数，需要加上类名作用域CRemote::；class CAirCond// 空调{friend void CRemote::AirCondOn(CAirCond &air); // 声明友元成员函数friend void CRemote::AirCondOff(CAirCond &air);...};并且 CRemote类 完整声明里不能使用 CAirCond 的成员，否则又需要将 CAirCond 类的完整声明放到 CRemote 类前面，会造成无解的循环，所以只能将上个小节在 CRemote 类声明的一些内联函数移动到类外去实现；
class CRemote// 遥控器{public:CRemote(int mode=0){m_mode=mode;}void AirCondOn(CAirCond &air);void AirCondOff(CAirCond &air);void setTemperature(CAirCond &air, int temp);private:int m_mode;// 0-制冷、1-制热};class CAirCond// 空调{friend void CRemote::AirCondOn(CAirCond &air); // 声明友元成员函数friend void CRemote::AirCondOff(CAirCond &air);...};class CAirCond;class CRemote// 遥控器{public:CRemote(int mode=0){m_mode=mode;}void AirCondOn(CAirCond &air);void AirCondOff(CAirCond &air);void setTemperature(CAirCond &air, int temp);private:int m_mode;// 0-制冷、1-制热};class CAirCond// 空调{friend void CRemote::AirCondOn(CAirCond &air); // 声明友元成员函数friend void CRemote::AirCondOff(CAirCond &air);...};友元类例子完整代码：
// g++ 18_friend_member_fun.cpp #include <iostream>using namespace std;class CAirCond;class CRemote// 遥控器{public:CRemote(int mode=0){m_mode=mode;}void AirCondOn(CAirCond &air);void AirCondOff(CAirCond &air);void setTemperature(CAirCond &air, int temp);private:int m_mode;// 0-制冷、1-制热};class CAirCond// 空调{friend void CRemote::AirCondOn(CAirCond &air); // 声明友元成员函数friend void CRemote::AirCondOff(CAirCond &air);public:enum{OFF, ON};CAirCond(){state=OFF; temperature=26;}void setTemperature(int temp){temperature = temp;}void show(){cout << "air: state=" << (state==ON?"ON":"OFF") << ", temperature=" << temperature << endl;}private:int state;// 开关状态int temperature;// 温度};inline void CRemote::AirCondOn(CAirCond &air){air.state = CAirCond::ON;}inline void CRemote::AirCondOff(CAirCond &air){air.state = CAirCond::OFF;}inline void CRemote::setTemperature(CAirCond &air, int temp){air.setTemperature(temp);}int main(){CAirCond airConditioner;airConditioner.show();cout << endl;CRemote remote;remote.AirCondOn(airConditioner);airConditioner.show();cout << endl;remote.setTemperature(airConditioner,23);airConditioner.show();cout << endl;remote.AirCondOff(airConditioner);airConditioner.show();cout << endl;return 0;}运行结果如下：
?五、友元的其他关系
✨5.1 让两个类互为友元
有时候 类A 需要访问 类B 的私有成员，而 类B 也需要访问 类A 的私有成员，这时可以让这两个类互相成为对方的友元类。我们修改友元那个例子的代码如下，让 CAirCond类、CRemote类 互为友元：
// g++ 18_friend_class_each_other.cpp #include <iostream>using namespace std;class CRemote;class CAirCond// 空调{friend class CRemote; // 声明友元类public:enum{OFF, ON};CAirCond(){state=OFF; temperature=26;}void setTemperature(int temp){temperature = temp;}void show(){cout << "air: state=" << (state==ON?"ON":"OFF") << ", temperature=" << temperature << endl;}void setRemoteMode(CRemote &remote, int mode);private:int state;// 开关状态int temperature;// 温度};class CRemote// 遥控器{friend class CAirCond;public:CRemote(int mode=0){m_mode=mode;}void AirCondOn(CAirCond &air){air.state = CAirCond::ON;}void AirCondOff(CAirCond &air){air.state = CAirCond::OFF;}void setTemperature(CAirCond &air, int temp){air.setTemperature(temp);}private:int m_mode;// 0-制冷、1-制热};void CAirCond::setRemoteMode(CRemote &remote, int mode){remote.m_mode=mode;}int main(){CAirCond airConditioner;airConditioner.show();cout << endl;CRemote remote;remote.AirCondOn(airConditioner);airConditioner.show();cout << endl;remote.setTemperature(airConditioner,23);airConditioner.show();cout << endl;remote.AirCondOff(airConditioner);airConditioner.show();cout << endl;return 0;}✨5.2 共同友元
需要使用友元的另一种情况是，函数需要访问两个类的私有数据。从逻辑上看，这样的函数应是每个类的成员函数，但这是不可能的。它可以是一个类的成员，同时是另一个类的友元，但有时将函数作为两个类的友元更合理。下面使用伪代码举例：
class A{friend void ChangeAB(CA &a, CB &b);...}class B{friend void ChangeAB(CA &a, CB &b);...}void ChangeAB(CA &a, CB &b){...}
?六、总结
本文介绍了C++的友元函数、友元类、友元成员函数、其他友元关系，以及使用例子介绍了如何声明、定义、使用。
关于C++的友元又几个注意点：
1、友元的声明仅仅指定了访问的权限， 而非一个通常意义上的函数声明。2、友元声明只能出现在类定义的内部，但是在类内出现的具休位置不限。一般，最好在类定义开始或结束前的位置集中声明友元。3、如果类中使用到其他类的成员，则需要将被使用的类的完整声明前置。4、友元不能被继承。
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