C++友元函数

友元——让函数或者类作为另外一个类的朋友，则可以访问当前类的private或者protected

友元friend机制允许一个类授权其他的函数访问它的非公有成员

友元声明以关键字friend开头，它只能出现在类的声明中，它们不受其在类体中的public、private和protected区的影响

一、友元函数可分为以下三种类型：

1、外部函数友元

一个普通函数作为类的友元，那么在当前函数中就可以通过对象访问类的私有或者保护成员

注意：这个函数只能在外部定义，在当前类中引用即可

class A
{
public:
	A(int i=0):m_i(i){}
	int GetI()const
	{
		return m_i;
	}
	friend void Add(A& a, A& b);
protected:
	//friend void Add(A& a, A& b);//将Add函数作为类A的友元，在内部并不能定义
private:
	//friend void Add(A& a, A& b);//在保护和私有都能正确运行
	int m_i;
};

//想在Add函数中访问私有数据成员，又不想通过接口（共有函数）
void Add(A& a, A& b)
{
	cout << a.m_i << endl;
	cout << b.m_i << endl;
	cout << a.m_i + b.m_i << endl;
	//cout << a.GetI() + b.GetI() << endl;
}
void main()
{
	A a(5);
	A b(8);
	Add(a, b);
}

函数不止能作为一个类的友元

class B;//前向引用声明
class A
{
public:
	A(int i=0):m_i(i){}
	friend int Sum(A& a, B& b);//在这之前未定义class B，需进行声明
private:
	int m_i;
};
class B
{
public:
	B(int j = 0) :m_j(j) {}
	friend int Sum(A& a, B& b);//一般情况下放在共有里面
private:
	int m_j;
};
int Sum(A& a, B& b)
{
	return a.m_i + b.m_j;
}
void main()
{
	A a(20);
	B b(20);
	cout << Sum(a, b) << endl;
}

2、成员函数友元

一个类的成员函数作为另一个类的友元

注意：成员函数建议放在类外定义

class A;
class B
{
public:
	B(int j = 0) :m_j(j) {}
	void  Sub(A& a);
	void Print(A& a);
private:
	int m_j;
};
class A
{
public:
	A(int i = 0) :m_i(i) {}
	friend void B::Sub(A& a);//
	friend void B::Print(A& a);
private:
	int m_i;
};
void  B::Sub(A& a)
{
	cout << a.m_i - m_j << endl;
}
void B::Print(A& a)
{
	cout << a.m_i << endl;
}

void main()
{
	A a(40);
	B b(20);
	b.Sub(a);
}

3、类友元

一个类A作为另外一个类B的友元类，则A的所有的成员函数就可以访问B的私有数据成员或者保护

整个类可以是另一个类的友元。友元类的每个成员函数都是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的所有成员，公有、保护或私有数据成员。 

class B;
class A
{
public:
	A(int a=0):m_a(a){}
	void print(B& b);
	void test(B& b);
	void show(B& b);
private:
	int m_a;
};
class B
{
public:
	B(int b=0):m_b(b)
    friend class A;
private:
	int m_b;
};
void A::print(B& b)
{
	cout <<"print"<< b.m_b << endl;
}
void A::test(B& b)
{
	cout << "test"<<b.m_b << endl;
}
void A::show(B& b)
{
	cout << "show"<<b.m_b << endl;
}
void main()
{
	B b(30);
	A a(40);
	a.print(b);
	a.show(b);
	a.test(b);
}

总结：

1、 友元函数不是类的成员函数，在函数体中访问对象的成员，必须用对象名加运算符"."加对象成员名。但友元函数可以访问类中的所有成员，一般函数只能访问类中的公有成员。

2、友元函数不受类中的访问权限关键字限制，可以把它放在类的公有、私有、保护部分，但结果都一样。

3、某类的友元函数的作用域并非该类作用域。如果该友元函数是另一类的成员函数，则其作用域为另一类的作用域，否则与一般函数相同。

二、友元特点：

1、友元是单向的：A是B的友元，并不意味B是A的友元

class B;
class A
{
public:
	A(int a=0):m_a(a){}
	void print(B& b);
	void test(B& b);
	void show(B& b);
	friend class B;
private:
	int m_a;
};
class B
{
public:
	B(int b=0):m_b(b){}
	friend class A;
	void Print(A& a);//
private:
	int m_b;
};
void B::Print(A& a)
{
	cout << a.m_a << endl;//友元是单向的，需在A中再次声明friend B
}
void A::print(B& b)
{
	cout <<"print"<< b.m_b << endl;
}
void A::test(B& b)
{
	cout << "test"<<b.m_b << endl;
}
void A::show(B& b)
{
	cout << "show"<<b.m_b << endl;
}
void main()
{
	B b(30);
	A a(40);
	a.print(b);
	a.show(b);
	a.test(b);
    b.Print(a);
}

2、友元是不能传递的：A是B的友元，B是C的友元，但A不是C的友元

 BB是AA的朋友，CC是BB的朋友，如果CC没有作为AA的友元类，则CC和AA没有关系——友元不能传递

class BB;
class CC;
class AA
{
public:
	AA(int a=0):m_a(a){}
	friend class BB;
private:
	int m_a;
};
class BB
{
public:

	friend class CC;
	void Show(AA& a);
private:
	int m_b;
};
class CC
{
public:
	void print(BB& b);
	void test(AA& a);
};
void BB::Show(AA& a)
{
	cout << a.m_a << endl;
}
void CC::print(BB& b)
{
	cout << b.m_b << endl;
}
void CC::test(AA& a)
{
	cout << a.m_a << endl;//error CC不是AA的朋友（友元不能传递）
}
void main()
{
}

3、友元是不能继承的：Base类型继承Object类型，如果Object类型是A的友元，但Base类型不是A友元。

三、友元函数在运算符重载中的应用

1、不同类型对象，但数据成员个数与类型一致，重载+

class B;
class A
{
public:
	A(int i=0):m_i(i){}
	int operator+(B& b);
private:
	int m_i;
};
class B
{
public:
	B(int j=0):m_j(j){}
	friend int A::operator+(B& b);
private:
	int m_j;
};
int A::operator+(B& b)
{
	return m_i + b.m_j;
}
void main()
{
	A a(10);
	B b(20);
	cout << a + b << endl;//a.+(b)  +(a,b)
}

2、 重载成员函数调用可以省略一个参数

重载友元函数不能省略

class A
{
public:
	A(int i=0):m_i(i){}
	void print()
	{
		cout << m_i << endl;
	}
	A operator+(A& b)//this
	{
		return m_i + b.m_i;
	}
	friend A operator-(A& a, A& b);
	A operator++(int)//a++值返回
	{
		int t = m_i;
		m_i = m_i + 1;
		return t;
	}
	friend A& operator++(A& a);
private:
	int m_i;
};
A operator-(A& a, A& b)
{
	return a.m_i - b.m_i;
}
A& operator++(A& a)
{
	++a.m_i;
	return a;
}
void main()
{
	A a(5);
	A b(10);
	(a + b).print();
	(a - b).print();
	(a++).print();
	(++b).print();
}

3、重载输出运算符（输出对象（即输出对象中的数据成员））

cout——ostream类的对象

cin——istream类的对象

cout<<a;

一般情况下运算符可以解析成下面两种形式：

1、cout.<<(a)  ostream类中重载了<<，程序员不能修改

2、<<(cout,a)  可以在程序员自己定义的类中将<<重载成友元

cout<<a<<b;

cout<<a这个表达式作为了上面的表达式<<左边，返回值为引用 (cout<<a)<<b

(cout<<a)<<b 表达式执行完后，还能继续用<<，说明返回值为ostream类型

friend ostream& operator<<(ostream &out,A &a)

class A
{
public:
	A(int i=0):m_i(i){}
    friend ostream& operator<<(ostream& out, A& a);
private:
	int m_i;
};
//cout<<a<<b  <<(cout,a)
ostream& operator<<(ostream& out, A& a)
{
	out << a.m_i;
	return out;
}
void main()
{
    A a(5);
    cout << a;//cout<<(a)   <<(cout,a)
}

练习： 

输出值为：0,8,5

class Magic
{
	double x;
public:
	Magic(double d=0.00):x(fabs(d)){}
	Magic operator+(Magic c)
	{
		return Magic(sqrt(x * x + c.x));
	}
	friend ostream& operator<<(ostream& os, Magic c);
	
};
ostream& operator<<(ostream& os, Magic c)
{
	return os << c.x;
}
void main()
{
	Magic ma;
	cout << ma << "," << Magic(-8) << "," << ma + Magic(-3) + Magic(-4);
}