友元是c++中允许函数或类访问另一类私有和保护成员的机制，通过friend关键字在类内声明，实现非成员函数或类对私有数据的直接访问，如友元函数printWidth可访问Box的私有width成员，而友元类FriendClass能访问Storage的所有私有成员，但该关系单向、不传递、不继承，常用于运算符重载等需紧密协作的场景。
在C++中，友元（friend）是一种特殊的访问机制，允许某些函数或类访问另一个类的私有（private）和保护（protected）成员。这种机制打破了封装性的一些限制，但使用得当可以提高程序的灵活性和效率。
什么是友元函数
友元函数是定义在类外部的普通函数，但它被声明为某个类的“朋友”，因此可以访问该类的所有成员，包括私有和保护成员。
友元函数不是类的成员函数，也不属于该类的作用域，但它需要在类内部用 friend 关键字声明。
示例：友元函数访问私有成员
#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 box); }; // 友元函数定义 void printWidth(Box box) { cout << "Width is: " << box.width << endl; // 直接访问私有成员 } int main() { Box b(10.5); printWidth(b); // 输出: Width is: 10.5 return 0; }
注意：printWidth 不是 Box 的成员函数，但由于被声明为友元，它可以访问 Box 的私有成员 width。
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友元函数的特点
- 必须在类体内用 friend 关键字声明，但可以在类外定义
- 不属于类，没有 this 指针
- 可以是全局函数，也可以是其他类的成员函数
- 突破了 private 和 protected 的访问限制
- 不破坏封装性，因为是否成为友元由类自己决定
什么是友元类
一个类可以将另一个类声明为自己的友元类。这样，友元类的所有成员函数都可以访问本类的私有和保护成员。
示例：友元类的使用
#include <iostream> using namespace std; class Storage { private: int secret; string password; public: Storage(int s, string p) : secret(s), password(p) {} // 声明 FriendClass 为友元类 friend class FriendClass; }; class FriendClass { public: void showSecret(const Storage& s) { cout << "Secret: " << s.secret << endl; cout << "Password: " << s.password << endl; } void modifySecret(Storage& s) { s.secret = 999; // 修改私有成员 } }; int main() { Storage store(1234, "open123"); FriendClass fc; fc.showSecret(store); // 正常访问私有成员 fc.modifySecret(store); // 修改成功 return 0; }
在这个例子中，FriendClass 能完全访问 Storage 的所有成员，包括 private 成员。
友元访问机制的注意事项
- 友元关系是单向的：如果 A 是 B 的友元，B 不一定是 A 的友元
- 不具有传递性：A 是 B 的友元，B 是 C 的友元，不代表 A 是 C 的友元
- 不能被继承：基类的友元不会自动成为派生类的友元
- 过度使用会削弱封装性，应谨慎使用
- 常见用途包括运算符重载、工厂模式、序列化等需要深度协作的场景
基本上就这些。友元机制提供了一种可控的访问特权，让特定的函数或类能突破封装限制，但设计时要权衡好灵活性与安全性。合理使用友元，可以让代码更高效且结构清晰。