友元函数and友元类

友元分为:友元函数和友元类

友元提供了一种突破封装的方式，有时提供了便利。但是友元会增加耦合度，破坏了封装，所以友元不宜多用。

友元函数

问题:现在我们尝试去重载operator<<，然后发现我们没办法将operator<<重载成成员函数。因为cout的输出流对象和隐含的this指针在抢占第一个参数的位置。this指针默认是第一个参数也就是左操作数了。但是实际使用中cout需要是第一个形参对象，才能正常使用。所以我们要将operator<<重载成全局函数。但是这样的话，又会导致类外没办法访问成员，那么这里就需要友元来解决。operator>>同理。

解释：

class MyClass {
public:
    MyClass operator+(const MyClass& other);
};

在这种情况下，调用a + b实际上被编译器视为a.operator+(b)。

如果我们将operator<<重载为类的成员函数，那么左操作数必须是该类的对象，而不是流对象。这显然不符合实际使用的情况，因为我们通常需要的是将对象插入到输出流中。

代码示例：

class Date
{
public:
    Date(int year, int month, int day)
        : _year(year)
        , _month(month)
        , _day(day)
    {}
    ostream& operator<<(const Date& d)
    {
        cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
        return cout;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

int main() {
    Date d(2017, 12, 24);
    cout << d << endl; //本处会报错
    return 0;
}

友元函数可以直接访问类的私有成员，它是定义在类外部的普通函数，不属于任何类，但需要在类的内部声明，声明时需要加friend关键字。

代码示例：

class Date
{
public:
    friend ostream& operator<<(ostream& cout, const Date& d);
    friend istream& operator>>(istream& cin, Date& d);
    Date(int year, int month, int day)
        : _year(year)
        , _month(month)
        , _day(day)
    {}
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

ostream& operator<<(ostream& cout, const Date& d)
{
    cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
    return cout;
}

istream& operator>>(istream& cin, Date& d)
{
    cin >> d._year;
    cin >> d._month;
    cin >> d._day;
    return cin;
}

int main() {
    Date d(2017, 12, 24);
    cout << d << endl;
    cin >> d;
    cout << d << endl;
    return 0;
}

代码生成图

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2017-12-24
2024 06 06
2024-6-6

友元函数特性

友元函数可访问类的私有成员，但不是类的成员函数
友元函数不能用const修饰
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
一个函数可以是多个类的友元函数
友元函数的调用与普通函数的调用和原理相同

友元类

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。

友元关系是单向的，不具有交换性。
比如下面的Time类和Date类，在Time类中声明Date类为其友元类，那么可以在Date类中直接访问Time类的私有成员变量，但想在Time类中访问Date类中私有的成员变量则不行。
友元关系不能传递
如果B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C是A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 = 14, int minute= 20, int second = 10)
        : _hour(hour)
        , _minute(minute)
        , _second(second)
    {}
private:
    int _hour;
    int _minute;
    int _second;
};

class Date
{
public:
    Date (int year = 2000, int month = 01, int day = 16)
        : _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;
    }

    void print() {
        cout << _year << '-' << _month << '-' << _day << ' ';
        cout << _t._hour << ':' << _t._minute << ':' << _t._second << endl;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
    Time _t;
};

int main() {
    Date d;
    d.print(); // 输出 2020-1-16 14:20:10

    return 0;
}