C++中友元的实例详解

尽管友元被授予从外部访问类的私有部分的权限，但他们并不与面向对象的编程思想相悖；相反他提高了公共接口的灵活性。

一、友元类

友元声明可以位于公有、私有活保护部分、其所在位置无关紧要

我直接贴出一个摘自< c++ primer plus >的例子来演示 c++ 友元类

其中 Remote 为 Tv的友元类。

Tv.h

#ifndef TV_H_#define TV_H_class Tv{public: friend class Remote; //Remote类可以访问Tv Privite 的私有部分 enum { off,on //开关 }; enum { MinVal,MaxVal=20 //音量 }; enum { Antena,Cable //使用的天线、还是电缆 }; enum { TV ,DVD //工作模式 }; Tv(int s = off, int mc = 125) :state(s), volume(5), maxchannel(mc), channel(5), mode(Cable), input(TV) {} void onoff() { state = (state == on) ? off : on; } bool ison()const { return state == on; } bool volup(); //增大声音 bool voldown(); //减小声音 void chanup(); //频道 + void chandown();//频道 - void set_mode() { mode = (mode == Antena) ? Cable : Antena; } void set_input() { input = (input == TV) ? DVD : TV; } void settings()const; //显示所有设置private: int state; // 开或者 关 int volume; // 音量 int maxchannel; //最大 int channel; //当前频道 int mode; // 广播还是 电缆 int input; //Tv 或者 DVD};class Remote {private : int mode; // 控制 TV 或 DVDpublic: Remote(int m = Tv::TV) :mode(m) {} bool volup(Tv & t) { return t.volup(); } bool voldown(Tv & t) { return t.voldown(); } void onoff(Tv & t) { return t.onoff(); } void chanup(Tv & t) { return t.chanup(); } void chandown(Tv & t) { return t.chandown(); } void set_chan(Tv &t, int c) { t.channel = c; } //访问了Tv的私有成员 void set_mode(Tv &t) { t.set_mode(); } void set_input(Tv &t) { t.set_input(); }};#endif // TV_H_

Tv.cpp

#include "stdafx.h"#include "Tv.h"#include <iostream>bool Tv::volup() { if (volume < MaxVal) { volume++; return true; } else { return false; }}bool Tv::voldown() { if (volume > MinVal) { volume--; return true; } else { return false; }}void Tv::chanup() { if (channel < maxchannel) channel++; else channel = 1;}void Tv::chandown() { if (channel > 1) channel--; else channel = maxchannel;}void Tv::settings() const { using std::cout; using std::endl; cout << "TV is " << (state == off ? "off" : "on") << endl; if (state == on) { cout << "Volume setting =" << volume << endl; cout << "Channel setting = " << channel << endl; cout << "Mode = " << (mode == Antena ? "antenna" : "cable") << endl; cout << "Input = " << (input == TV ? "TV" : "DVD") << endl; }}

测试代码:

#include "stdafx.h"#include "tv.h"#include <iostream>int main(){ using std::cout; Tv s42; cout << "Initial settings for 42 \" Tv: \n"; s42.settings(); s42.onoff(); s42.chanup(); cout << " \n Adjusted settings for 42 \" Tv: \n"; s42.chanup(); cout << "\n Adjusted settings for 42 \" Tv: \n"; s42.settings(); Remote grey; grey.set_chan(s42, 10); grey.volup(s42); grey.volup(s42); cout << " \n s42 \" settings after using remote: \n"; s42.settings(); Tv s58(Tv::on); s58.set_mode(); grey.set_chan(s58, 58); cout << " \n s58 \" setting: \n"; s58.settings(); system("pause"); return 0;}

运行结果:

Initial settings for 42 " Tv:TV is off Adjusted settings for 42 " Tv: Adjusted settings for 42 " Tv:TV is onVolume setting =5Channel setting = 7Mode = cableInput = TV s42 " settings after using remote:TV is onVolume setting =7Channel setting = 10Mode = cableInput = TV s58 " setting:TV is onVolume setting =5Channel setting = 58Mode = antennaInput = TV请按任意键继续. . .

上述代码中将Remote类设置成为了Tv类的友元类，但事实上我们看到：唯一访问Tv的成员的方法是void set_chan(Tv &t, int c) { t.channel = c; } ，因此它是唯一需要友元的方法。因此不必让整个类成为友元，这就引出了我们下面要讲的的友元成员函数。

二、友元成员函数

我们要再Tv中将Remote::set_chan()设置成友元：

clas Tv{ friend void Remote::set_chan(Tv & t,int c ) ;}

然而要使编译器能够处理这条语句，它必须知道Remote的定义。否则，它无法知道Remote是一个类。而 set_chan是这个类的方法。这意味着应将Remote的定义放到Tv的定义前面。Remote的方法提到了Tv对象，而意味着Tv定义应当位于Remote定义之前，避开这种循环依赖的方法是，使用前向声明。
所以应该这样:

class Tv ; //前向声明class Remote{...}class Tv {...}

这里还有一个麻烦就是：

Remote 包含了内联代码例如：void onoff(Tv &t) {t.onoff();};

由于这将调用Tv的一个方法，所以编译器此时已经看到了Tv类的声明，这样才能知道Tv有哪些方法，但正如看到的，该声明位于Remote声明的后面。这种问题的解决方法是：使用Remote声明中只包含方法声明，并将实际的定义放到Tv类之后。 所以最终应该这样:

class Tv; //前向声明class Remote {...} //如要用到Tv 只能是方法声明class Tv{...}//接着写Remote的定义

这里通过方法定义中使用 inline关键字，仍然可以使方法称为内联方法
所以程序最终将tv.h改为：

#ifndef TV_H_#define TV_H_class Tv; //前向声明class Remote {public: enum { off, on //开关 }; enum { MinVal, MaxVal = 20 //音量 }; enum { Antena, Cable //使用的天线、还是电缆 }; enum { TV, DVD //工作模式 };private: int mode; // 控制 TV 或 DVDpublic: Remote(int m = TV) :mode(m) {} //用到了Tv 只能是声明 bool volup(Tv & t); bool voldown(Tv & t); void onoff(Tv & t); void chanup(Tv & t); void chandown(Tv & t); void set_chan(Tv &t, int c); void set_mode(Tv &t); void set_input(Tv &t);};class Tv{public: friend void Remote::set_chan(Tv & t,int c); //友元成员函数 enum { off, on //开关 }; enum { MinVal, MaxVal = 20 //音量 }; enum { Antena, Cable //使用的天线、还是电缆 }; enum { TV, DVD //工作模式 }; Tv(int s = off, int mc = 125) :state(s), volume(5), maxchannel(mc), channel(5), mode(Cable), input(TV) {} void onoff() { state = (state == on) ? off : on; } bool ison()const { return state == on; } bool volup(); //增大声音 bool voldown(); //减小声音 void chanup(); //频道 + void chandown();//频道 - void set_mode() { mode = (mode == Antena) ? Cable : Antena; } void set_input() { input = (input == TV) ? DVD : TV; } void settings()const; //显示所有设置private: int state; // 开或者 关 int volume; // 音量 int maxchannel; //最大 int channel; //当前频道 int mode; // 广播还是 电缆 int input; //Tv 或者 DVD};inline bool Remote::volup(Tv & t) { return t.volup(); }inline bool Remote::voldown(Tv & t) { return t.voldown(); }inline void Remote::onoff(Tv & t) { return t.onoff(); }inline void Remote::chanup(Tv & t) { return t.chanup(); }inline void Remote::chandown(Tv & t) { return t.chandown(); }inline void Remote::set_chan(Tv &t, int c) { t.channel = c; }inline void Remote::set_mode(Tv &t) { return t.set_mode(); }inline void Remote::set_input(Tv &t) { return t.set_input(); }#endif // TV_H_

测试结果不变。

*另外：也可一个将内联函数放在tv.cpp中，但必须去掉inline关键字，这样函数的连接性将成为外部的。

三、其他友元关系

1、上面的代码表示的是Remote是Tv的友元。但我们有时也会用到2个类互相友元。即Remote是Tv的友元，同时 Tv又是Remote的友元

他们定义与下面类似:

class Remoteclass Tv{friend clas Remotepublic: void buzz(Remote & r) ; ...}class Remote{friend class Tv;public: void Bool volup(Tv & t){t.volup();} ...}inline void Tv::buzz(Remote & r){...}

由于Remote的声明位于Tv声明的后面，所以可以在类的定义Remote::volup(),但Tv::buzz()方法必须在Tv声明的外部定义，使其位于Remote声明的外面。如果不希望buzz()是内联的，则应在一个单独的方法定义文件中定义它。

2、共同的友元。

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。它可以是一个类的友元，同时是另一个类的友元。示例如下：

class Analyzer;class Probe{ friend void sync (Analyzer & a,const Probe & p) ; friend void sync (Probe & p,const Analyzer & a); ...};class Analyzer{ friend void sync (Analyzer & a,const Probe & p) ; friend void sync (Probe & p,const Analyzer & a);}inline void sync (Analyzer & a,const Probe & p){ ...}inline void sync (Probe & p,const Analyzer & a){ ...}

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