友元

友元

什么是 C++ 的友元（friend）

在 C++ 中，类的成员通常是私有的（private）或保护的（protected），只能被该类的成员函数或其派生类访问。但是有时候，我们希望让某些“外部”函数或类也能访问这些私有成员。这就用到了 C++ 的 friend 机制。

三种常见的友元声明方式

类型	关键词声明方式	功能说明
友元函数	friend void foo(Class c);	函数可以访问类的私有/保护成员
友元类	friend class ClassName;	该类的所有成员函数都能访问私有成员
友元成员函数	friend void ClassB::func();	指定类中某个函数作为友元函数

示例

#include <iostream>
using namespace std;

class BankAccount {
private:
    double balance;

public:
    BankAccount() : balance(0.0) {}

    void deposit(double amount) {
        balance += amount;
    }

    // 声明友元函数
    friend void showBalance(BankAccount acc);

    // 声明友元类
    friend class BankManager;
};

// 友元函数定义
void showBalance(BankAccount acc) {
    cout << "Current balance: $" << acc.balance << endl;
}

// 友元类
class BankManager {
public:
    void resetBalance(BankAccount& acc) {
        acc.balance = 0;  // 可以访问私有成员
        cout << "Account reset to $0" << endl;
    }

    void grantBonus(BankAccount& acc, double bonus) {
        acc.balance += bonus;
        cout << "Granted bonus of $" << bonus << endl;
    }
};

// 主函数
int main() {
    BankAccount acc;
    BankManager manager;

    acc.deposit(100);
    showBalance(acc);           // ✅ 通过友元函数访问私有成员

    manager.grantBonus(acc, 50);  // ✅ 通过友元类访问私有成员
    showBalance(acc);

    manager.resetBalance(acc);    // ✅ 友元类可以清空账户
    showBalance(acc);

    return 0;
}

友元不是继承、不是成员，而是“特许访问权限”

• 友元关系是单向的：A 是 B 的友元，不代表 B 是 A 的友元。

• 友元关系不能继承：B 是 A 的友元，B 的子类不自动拥有权限。

• 友元关系不破坏封装：只是给某些特定函数或类授权访问私有成员，仍然保持良好的接口设计。

友元的使用场景

使用场景	示例说明
运算符重载需要访问私有数据	operator+ 通常作为友元函数实现
工具类需要访问另一个类的内部	BankManager
多个类之间协作，但不想开放接口	如两个类之间互为友元
调试输出、日志等需要访问内部结构	如 showBalance(BankAccount)

友元的注意事项

1. 滥用友元会破坏封装性，应慎重授权。
2. 友元关系是写在被访问的类中，而不是写在友元的类或函数中。
3. 如果一个函数或类要做友元，需要提前声明（前置声明）。

友元函数对比成员函数

class Box {
    int width;
public:
    Box(int w) : width(w) {}
    void show();                // 成员函数
    friend void print(Box b);   // 友元函数
};

void Box::show() {
    cout << "width = " << width << endl; // ✅ 直接访问
}

void print(Box b) {
    cout << "width = " << b.width << endl; // ✅ 虽是外部函数，但是友元
}

对比点	成员函数	友元函数
是否属于类	✅ 是	❌ 不是
是否有 this	✅ 有	❌ 没有
是否能访问私有成员	✅ 可以	✅ 可以（需要授权）
调用方式	对象.函数()	普通函数调用 函数(对象)
常见用途	实现类的主要行为	运算符重载、跨类访问、调试等