一、为什么要使用友元

二、友元函数

1.友元函数定义

2.友元函数特性

三、友元类

1.友元类定义

2.友元类特性

四、内部类

1.内部类定义

2.内部类特性

五、总结

一、为什么要使用友元

对于自定义类型Date类，为了打印Date类的对象，需要我们自己在Date类中写打印函数：

void Print() const
{cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}

而内置类型在不写打印重载函数的情况下却能够直接打印：

#include<iostream>
using namespace std;int main()
{int a = 0;cout << a << endl;return 0;
}

这是因为库里面对内置类型写了许多运算符重载函数，包括operator>>和operator<<并且能够自动识别类型构成重载，所以内置类型直接能调打印。而自定义类型需要自己写打印函数。

假如库里面对内置类型没有写operator>>和operator<<重载，对于自定义的Date类那就只有在类中自己写operator>>和operator<<重载函数了：

#include<iostream>
using namespace std;class Date
{
public://构造函数Date(int year = 2022, int month = 4, int day = 8){_year = year;_month = month;_day = day;}//void Date::Print() const//{//    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;//}void operator<<(ostream& out){out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}void operator>>(istream& in){in>>_year;in >> _month;in >> _day;}private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;cout << d1;return 0;
}

但是用cout<<d1却调用不了<<运算符：

我们需要的是cout<<d1，但是调用operator<<实际上执行的是：

void operator<<(ostream& out) //void operator<<(Date* this, ostream& out)

d1作为this就变成了第一个参数，main函数里面的调用应该是d1<<cout，编译通过：

int main()
{Date d1;d1 << cout;//我们需要cout<<d1return 0;
}

但是d1<<cout的调用不符合我们的习惯，可读性不高，我们需要cout作为第一个参数，这样就会造成d1和cout抢占第一个参数的问题。假如把operator>>和operator<<重载不写在类里面，而是写成全局函数写在Date类外面，我们可以指定参数顺序：

#include<iostream>
using namespace std;class Date
{
public://构造函数Date(int year = 2022, int month = 4, int day = 8){_year = year;_month = month;_day = day;}private:int _year;int _month;int _day;
};void operator<<(ostream& out,const Date& d)
{out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}void operator>>(istream& in, const Date& d)
{in >> _year;in >> _month;in >> _day;
}int main()
{Date d1;cout << d1;return 0;
}

但会带来访问不了私有成员变量的问题：

如何能够访问到类的私有成员变量，突破类域呢？-------使用友元，友元提供了一种突破封装的方式。友元分为友元函数和友元类。

二、友元函数

1.友元函数定义

友元函数是定义在类外部的普通函数，不属于任何类，但可以直接访问类的私有成员，需要在类的内部使用friend关键字进行声明，类就会把友元函数当作类里面的成员。

#include<iostream>
using namespace std;class Date
{//友元函数friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);public://构造函数Date(int year = 2022, int month = 4, int day = 8){_year = year;_month = month;_day = day;}private:int _year;int _month;int _day;
};ostream& operator<<(ostream& out,const Date& d)
{out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;return _cout;
}istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{in >> d._year;in >> d._month;in >> d._day;return in;
}int main()
{Date d1;cin >> d1;cout << d1 <<endl;return 0;
}

2.友元函数特性

（1）友元函数可访问类的私有和保护成员，但不是类的成员函数

（2）友元函数不能用const修饰（const修饰this指针指向的内容，友元函数作为全局函数没有this指针）

（3）友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制

（4）一个函数可以是多个类的友元函数

（5）友元函数的调用与普通函数的调用和原理相同

三、友元类

1.友元类定义

友元类的所有成员函数都可以是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的非公有成员。如下Date类是Time类的友元类，Date类要访问Time类，就要把Date类定义成Time类的友元：

class Date; // 前置声明
class Time
{friend class Date; // 声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就直接访问Time类中的私有成员变量
public:Time(int hour = 0, int minute = 0, int second = 0): _hour(hour), _minute(minute), _second(second){}private:int _hour;int _minute;int _second;
};class Date
{
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1): _year(year), _month(month), _day(day){}void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second){// 直接访问时间类私有的成员变量_t._hour = hour;_t._minute = minute;_t._second = second;}private:int _year;int _month;int _day;Time _t;
};int main()
{return 0;
}

2.友元类特性

（1）友元关系是单向的，不具有交换性。

在Time类中，声明Date 类是其友元类，可以在Date类中直接访问Time类的私有成员。但不能在Time中访问Date类中的私有成员。

（2）友元关系不能传递

A是B的友元，B是C的友元，但A不是C的友元。

四、内部类

1.内部类定义

一个类定义在另一个类的内部，这个内部类就叫做内部类。

内部类和外部类关系：

（1）内部类不属于外部类，更不能通过外部类的对象调用内部类。外部类对内部类没有任何优越的访问权限。

（2）内部类是外部类的友元类，内部类可以通过外部类的对象参数来访问外部类的所有成员，但外部类不是内部类的友元。

#include<iostream>
using namespace std;class A {
private:static int k;int h;
public:class B  //B是A的内部类，B是A的友元类{public:void foo(const A& a){cout << k << endl;//内部类可以访问外部类的非公有成员cout << a.h << endl;//普通成员只能通过对象访问，不能通过类名访问}private:int _b;};
};int A::k = 1;int main()
{A::B b; //定义一个内部类对象b.foo(A());return 0;
}

2.内部类特性

（1）内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的。

（2）注意内部类可以直接访问外部类中的static、枚举成员，不需要外部类的对象/类名。

（3）sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系

int main()
{A::B b;b.foo(A());//由于静态成员变量不在对象中存储，类的大小为非静态成员变量内存对齐的结果,A只有一个非静态成员变量cout << "sizeof(A) = " << sizeof(A) << endl;return 0;
}

五、总结

A无论是类还是全局函数，只要A被定义为B的友元，A就可以访问B的非公有成员。

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