[14] 友元 · C++ FAQ Lite

# [14] 友元 ## FAQs in section [14]: * [14.1] 什么是友元（`friend`）? * [14.2] 友元破壞了封裝嗎？ * [14.3] 使用友元函數的優缺點是什么？ * [14.4] “友元關系既不繼承，也不傳遞”是什么意思？ * [14.5] 類應該使用成員函數還是友元函數？ ## 14.1 什么是友元（`friend`）？允許另一個類或函數訪問你的類的東西。友元可以是函數或者是其他的類。類授予它的友元特別的訪問權。通常同一個開發者會出于技術和非技術的原因，控制類的友元和成員函數（否則當你想更新你的類時，還要征得其它部分的擁有者的同意）。 ## 14.2 友元破壞了封裝嗎？如果被適當的使用，實際上可以增強封裝。當一個類的兩部分會有不同數量的實例或者不同的生命周期時，你經常需要將一個類分割成兩部分。在這些情況下，兩部分通常需要直接存取彼此的數據（這兩部分原來在同一個類中，所以你不必增加直接存取一個數據結構的代碼；你只要將代碼改為兩個類就行了）。實現這種情況的最安全途徑就是使這兩部分成為彼此的友元。如果你象剛才所描述的那樣使用友元，就可以使私有的（`private`）保持私有。不理解這些的人在以上這種情形下還天真的想避免使用友元，他們要么使用公有的（`public`）數據（罕見！），要么通過公有的?`get()`和`set()`成員函數使兩部分可以訪問數據。而他們實際上破壞了封裝。只有當在類外（從用戶的角度）看待私有數據仍“有意義”時，為私有數據設置公有的`get()`和`set()`成員函數才是合理的。在許多情況下，這些?`get()`/`set()`成員函數和公有數據一樣差勁：它們僅僅隱藏了私有數據的名稱，而沒有隱藏私有數據本身。同樣，如果你將友元函數當做一種類的`public:`存取函數的語法不同的變種來使用的話，友元函數就和破壞封裝的成員函數一樣會破壞封裝。換一種說法，類的友元不會破壞封裝的壁壘：和類的成員函數一樣，它們就是封裝的壁壘。 ## 14.3 使用友元函數的優缺點是什么？友元函數在接口設計選擇上提供了一定程度的自由。成員函數和友元函數具有同等的特權（100%?的）。主要的不同在于友元函數象`f(x)`這樣調用，而成員函數象?`x.f()`這樣調用。因此，可以在成員函數（`x.f()`）和友元函數（`f(x)`）之間選擇的能力允許設計者選擇他所認為更具可讀性的語法來降低維護成本。友元函數主要缺點是需要額外的代碼來支持動態綁定時。要得到虛友元（`virtual` `friend`）的效果，友元函數應該調用一個隱藏的（通常是?`protected:`）虛。例如： ``` ?class?Base?{ ?public: ???friend?void?f(Base&?b); ???//?... ?protected: ???virtual?void?do_f(); ???//?... ?}; ?inline?void?f(Base&?b) ?{ ???b.do_f(); ?} ?class?Derived?:?public?Base?{ ?public: ???//?... ?protected: ???virtual?void?do_f();??//?"覆蓋"?f(Base&?b)的行為 //?... ?}; ?void?userCode(Base&?b) ?{ ???f(b); ?} ``` 在`userCode(Base&)`中的`f(b)`語句將調用虛擬的? `b.do_f()`。這意味著如果`b`實際是一個派生類的對象，那么`Derived::do_f()`將獲得控制權。注意派生類覆蓋的是保護的虛（`protected:` `virtual`）成員函數?`do_f()`;?而不是它友元函數`f(Base&)`。 ## 14.4 “友元關系既不繼承，也不傳遞”是什么意思？僅僅因為我承認對你的友情，允許你訪問我，并不自動地允許你的孩子訪問我，并不自動地允許你的朋友訪問我，并不自動地允許我訪問你。 * 我不見得信任我朋友的孩子。友元的特權不被繼承。友元的派生類不一定是友元。如果 `Fred` 類聲明`Base`類是友元，那么`Base`類的派生類不會自動地被賦予對于`Fred`的對象的訪問特權。 * 我不見得信任我朋友的朋友。友元的特權不被傳遞。友元的友元不一定是友元。如果`Fred`類聲明`Wilma`類是友元，并且`Wilma`類聲明`Betty`類是友元，那么`Betty`類不會自動地被賦予對于`Fred`的對象的訪問特權。 * 你不見得僅僅因為我聲稱你是我的朋友就信任我。友元的特權不是自反的。如果`Fred`類聲明`Wilma`類是友元，則`Wilma`對象擁有訪問`Fred`對象的特權，但`Fred`對象不會自動地擁有對`Wilma`對象的訪問特權。 ## 14.5 類應該使用成員函數還是友元函數？盡量使用成員函數，不得已時使用友元。有時在語法上，友元更好（例如，`Fred`類中，友元函數允許`Fred`參數作為第二個參數，而成員函數必須是第一個）。另一個好的用法是二元中綴運算符。例如，如果你想允許`aFloat?+?aComplex` 的話，`aComplex?+?aComplex` 應該被定義為友元而不是成員函數。（成員函數不允許提升左邊的參數，因為那樣會改變成員函數調用對象的類）。在其他情況下，首選成員函數。