第 15 章友元、异常和其它

15.1. 友元

友元函数用于类的扩展接口中，类中不仅可以使用友元函数，也可以将类作为友元。

友元类的所有方法都可以访问原始类的私有成员和保护成员。

在一个类中将另一个类声明为友元。

15.1.1 友元类

什么时候希望一个类成为另一个类的友元呢？

举个例子：模拟电视机和遥控器的简单程序。要知道遥控器并非电视机，故公有继承is-a关系并不适用。遥控器也非电视机的一部分，因此包含或者私有继承和保护继承的has-a关系也不适用。事实上，遥控器可以改变电视机的状态，这就表明遥控器类应当作为电视类的一个友元。

按照如上描述，决定编写一个模拟电视机和遥控器的简单程序。

首先定义Tv类，可以用一组状态成员（描述电视各个方面的变量）来表示电视机。下面是一些可能的状态：

开/关；
频道设置；
音量设置；
有线电视或天线调节模式
TV调谐或A/V输入

ps：当前的电视机都将控件藏在面板之后（换台只能逐频道换），遥控器的控制能力必须得与电视机内置的控制功能相同，它的大部分方法是根据Tv内置的方法来进行改造的，就比如刚刚所说的利用电视机控制面板切台只能逐个频道切换，遥控器在此基础上进行改造，使其能够按个人意愿进行切台。

为什么说遥控器大部分方法是根据Tv方法进行改造的呢？因为遥控器本身还有其他一些自己单独的功能，就好比如切换工作模式，一种拿来控制电视机、一种拿来控制DVD。

下面语句使得Remote成为友元类

friend class Remote;

友元声明可以位于公有、私有或者保护部分，其所在的位置无关紧要。

遥控器是后来者，所以编译器必须了解电视（Tv）类后，才能处理遥控器（Remote）类。

下面开始模拟遥控器操控电视机，或者电视机自己操控自己：

1、头文件

//
// Created by e on 2022/10/18.
//#ifndef TEST_TV_H
#define TEST_TV_Hclass Tv {
public:friend class Remote; // Remote can access Tv private partsenum {Off, On};enum {MinVal, MaxVal = 20};enum {Antenna, Cable}; // Antenna->天线 Cable->有线enum {TV, DVD};Tv(int s = Off, int mc = 125) : state(s), volume(5),maxChannel(mc), curChannel(2), mode(Cable), input(TV) { }void onOff() {state = (state == On) ? Off : On;}bool isOn() const {return state == On;}bool volUp();   //声音提高bool volDown(); //声音降低void channelUp();  //频道往后调void channelDown();   //频道往前调void setMode() {mode = (mode == Antenna) ? Cable : Antenna;}void setInput() {input = (input == TV) ? DVD : TV;}void showSettings() const;   //display all TV settings.private:int state;      //on or offint volume;     //assumed to be digitized-->假设是用数字大小代表音量大小int maxChannel; //maximum number of channelsint curChannel; //current channel settingint input;      //TV or DVDint mode;       //broadcast or cable
};class Remote {
private:int mode;       //controls TV or DVD
public: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) { t.onOff(); }void channelUp(Tv &t) { t.channelUp(); }void channelDown(Tv &t) { t.channelDown(); }void setChannel(Tv &t, int c) { t.curChannel = c; }void setMode(Tv &t) { t.setMode(); }void setInput(Tv &t) { t.setInput(); }
};#endif //TEST_TV_H

2、源文件

//
// Created by e on 2022/10/18.
//#include <iostream>
#include "tv.h"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::channelUp() {if (curChannel < maxChannel){curChannel++;}else{curChannel = 1;}
}void Tv::channelDown() {if (curChannel > 1){curChannel--;}else{curChannel = maxChannel;}
}void Tv::showSettings() const {using std::cout;using std::endl;cout << "TV is " << (state == On ? "On" : "Off") << endl;if (state == On){cout << "Volume setting = " << volume << endl;cout << "Channel setting = " << curChannel << endl;cout << "Input settng = " << (input == TV ? "TV" : "DVD") << endl;cout << "Mode setting = " << (mode == Antenna ? "Antenna":"Cable") << endl;}
}

3、执行文件

#include <iostream>
#include "tv.h"int main(){using std::cout;Tv s42;cout << "Initial settings for 42\" TV:\n";s42.showSettings();s42.onOff();s42.channelUp();cout << "\n Adjusted settings for 42\" TV:\n";s42.showSettings();Remote grey;grey.setChannel(s42,10);grey.volUp(s42);grey.volUp(s42);cout << "\n42\" settings after using remote:\n";s42.showSettings();Tv s58(Tv::On);s58.setMode();grey.setChannel(s58,28);cout << "\n58\" settings:\n";s58.showSettings();return 0;
}输出：
Initial settings for 42" TV:
TV is OffAdjusted settings for 42" TV:
TV is On
Volume setting = 5
Channel setting = 3
Input settng = TV
Mode setting = Cable42" settings after using remote:
TV is On
Volume setting = 7
Channel setting = 10
Input settng = TV
Mode setting = Cable58" settings:
TV is On
Volume setting = 5
Channel setting = 28
Input settng = TV
Mode setting = Antenna

15.1.2 友元成员函数

上个例子，Remote中大多数方法都是用Tv类的公有接口实现的。这说明这些方法实际上不太需要作为友元，可以直接地说多此一举了。在Remote方法中，setChannel()是直接访问了Tv的私有成员，所以它被设置为友元是很应该的。实际上，可以让一部分的类成员成为另一个类的友元。

⚠️：如果按照上面那样做，必须小心排列各种声明和定义的顺序。

如果要将友元类中的特定的类成员解析作为原始类的友元，无需将整个类作为友元。

class Tv
{friend void Remote::setChannel(tv & t, int c);...
};

执行以上语句，需要编译器提前知道Remote的定义，所以将类声明为友元时，需要注意❗️：将类（TV）声明放在包含友元类（Remote）的前面。这种方法称为 前向声明（forward declaration） 。

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

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