因?yàn)楹罄m(xù)準(zhǔn)備入職的公司都希望能轉(zhuǎn)C++,所以最近也是按部就班的開(kāi)始進(jìn)行C++的學(xué)習(xí)。然后這個(gè)系列的文章打算探究C++的語(yǔ)言特性艾岂，也比較一下不同語(yǔ)言（如Java,Scala,Python,Go）之間的設(shè)計(jì)哲學(xué)堕澄，同時(shí)也拋磚引玉的希望能有大拿們的指點(diǎn)码秉。最近在學(xué)習(xí)過(guò)程之中接觸了友元函數(shù)與友元類(lèi)的概念赠尾，第一篇文章我們就聊聊友元的概念厘肮。
1.友元函數(shù)：
開(kāi)篇先簡(jiǎn)單介紹一下友元這個(gè)概念吧良漱。
在C++之中舞虱，類(lèi)的友元函數(shù)是定義在類(lèi)外部，但它有權(quán)訪問(wèn)類(lèi)的所有私有（private）成員和保護(hù)（protected）成員母市。盡管友元函數(shù)的原型有在類(lèi)的定義中出現(xiàn)過(guò)矾兜，但是友元函數(shù)并不是成員函數(shù)。友元可以是一個(gè)函數(shù)患久，該函數(shù)被稱(chēng)為友元函數(shù)椅寺；友元也可以是一個(gè)類(lèi)，該類(lèi)被稱(chēng)為友元類(lèi)蒋失。
直接上個(gè)代碼,我們看看友元函數(shù)與友元類(lèi)具體是怎么樣使用的：
#include <iostream>
using namespace std;
class Box {
public:
Box(double l, double b, double h) {
length = l;
breadth = b;
height = h;
}
friend class A;
friend void boxPrintBox(Box &box);
private:
double length;
double breadth;
double height;
};
//友元函數(shù),友元函數(shù)并非成員函數(shù)
void boxPrintBox(Box &b) {
cout << b.height << " " << b.length << " " << b.breadth << endl;
}
//友元類(lèi)
class A {
public:
void printBox(Box &b) {
cout << b.height << " " << b.length << " " << b.breadth << endl;
}
};
int main() {
Box box(1,2,3);
//友元函數(shù)返帕，可以訪問(wèn)Box類(lèi)的private的變量
boxPrintBox(box);
//友元類(lèi)，同樣可以訪問(wèn)Box類(lèi)的private的變量
A a;
a.printBox(box);
return 0;
}
上面的代碼可以看出篙挽，友元函數(shù)和友元類(lèi)都可以直接訪問(wèn)到對(duì)象的私有變量荆萤。接下來(lái)我們來(lái)分析一下友元函數(shù)的特點(diǎn)。
- 1铣卡、為什么要引入友元函數(shù)：
在實(shí)現(xiàn)類(lèi)之間數(shù)據(jù)共享時(shí)链韭，減少系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，提高效率煮落。具體來(lái)說(shuō)：為了使其他類(lèi)的成員函數(shù)直接訪問(wèn)該類(lèi)的私有變量敞峭。即：允許外面的類(lèi)或函數(shù)去訪問(wèn)類(lèi)的私有變量和保護(hù)變量，從而使兩個(gè)類(lèi)共享同一函數(shù)蝉仇。能夠提高效率旋讹，表達(dá)簡(jiǎn)單殖蚕、清晰 - 2、什么時(shí)候使用友元函數(shù)：
1)運(yùn)算符重載的某些場(chǎng)合需要使用友元骗村。
2)兩個(gè)類(lèi)要共享數(shù)據(jù)的時(shí)候 - 3嫌褪、友元方式的缺點(diǎn)：
1)友元函數(shù)破環(huán)了封裝機(jī)制，除非不得已的情況下才使用友元函數(shù)胚股。
2.友元關(guān)系與面向?qū)ο螅?/h3>
接下來(lái)我們聊聊怎么從面向?qū)ο蟮慕嵌热ダ斫庥言P(guān)系笼痛。（以下內(nèi)容皆為個(gè)人理解，有不準(zhǔn)確之處望能斧正）
- １)友元函數(shù)
友元函數(shù)是不從屬與類(lèi)的函數(shù)琅拌，除了能夠訪問(wèn)類(lèi)的私有變量之外缨伊，與其他實(shí)現(xiàn)在類(lèi)外部的函數(shù)無(wú)異。從面向?qū)ο蟮慕嵌瓤唇Γ瘮?shù)是不應(yīng)該獨(dú)立實(shí)現(xiàn)于類(lèi)之外的刻坊。顯然獨(dú)立與類(lèi)之外的友元函數(shù)，從面向?qū)ο蟮慕嵌葋?lái)思考党晋，是不優(yōu)雅的解決方式谭胚。
這和C++本身兼容C語(yǔ)法有關(guān)，如操作符<<的重載利用的就是友元函數(shù)未玻。<<的函數(shù)重載如下灾而，這個(gè)函數(shù)是獨(dú)立與類(lèi)之外實(shí)現(xiàn)的方法：
friend ostream &operator<<(ostream &output, const object &o)
顯然，這個(gè)<<的函數(shù)方法更應(yīng)該從屬在ostream這個(gè)類(lèi)之中扳剿，做為一個(gè)可重載的方法實(shí)現(xiàn)旁趟。如下定義
friend ostream &operator<<(const object &o) //作為ostream的類(lèi)函數(shù)
如Java,Scala,Python都不支持獨(dú)立與類(lèi)存在定義的函數(shù)了。在面向?qū)ο蟮慕嵌缺诱溃罄m(xù)的語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的更加純粹了锡搜。所以如果本身代碼風(fēng)格趨近與面向?qū)ο蟮娘L(fēng)格，就應(yīng)該盡量理由友元類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)需要的功能瞧掺，而不是使用友元函數(shù)耕餐。
??有朋友私信我說(shuō)：Python之中明明直接def就可以定義函數(shù)了，也不需要類(lèi)啊辟狈，這是不是也不符合面向?qū)ο蟮倪壿嬎季S肠缔？這里簡(jiǎn)單解釋一下，Python之中的每個(gè)函數(shù)上陕，都會(huì)被包裝成一個(gè)function對(duì)象桩砰，所以Python之中是一切皆對(duì)象的拓春，不會(huì)存在獨(dú)立與類(lèi)存在的函數(shù)释簿。而如同Java與Scala之中的lambda表達(dá)式，也是包裝為匿名類(lèi)存在的硼莽。
- 2)友元類(lèi)
通過(guò)友元類(lèi)包裝之中庶溶，友元類(lèi)搖身一變煮纵，類(lèi)之中所有的方法都成為友元函數(shù)了∑荩看起來(lái)并不會(huì)破壞上文提到的面向?qū)ο蟮倪壿嬃诵惺瑁巧婕暗嚼^承又存在一些不大不小的坑，我們一起來(lái)捋一捋：
??友元關(guān)系不能繼承套像∧鹆基類(lèi)的友元對(duì)派生類(lèi)的成員沒(méi)有特殊訪問(wèn)權(quán)限。如果基類(lèi)被授予友元關(guān)系夺巩，則只有基類(lèi)具有特殊訪問(wèn)權(quán)限贞让，該基類(lèi)的派生類(lèi)不能訪問(wèn)授予友元關(guān)系的類(lèi)。
??好復(fù)雜柳譬，我們直接上代碼：
#include <iostream>
using namespace std;
class A {
private:
int x;
friend class C;
};
class B:public A{
private:
int y;
};
class C {
void printA(A& a) {
cout << a.x << endl;
}
void printB(B& b) {
cout << b.x << endl; //C類(lèi)依然可以利用友元關(guān)系訪問(wèn)從B類(lèi)從A類(lèi)繼承來(lái)的私有變量
//cout << b.y << endl; C類(lèi)不可以訪問(wèn)B類(lèi)的私有變量喳张，友元關(guān)系不繼承，該語(yǔ)句不合法美澳。
}
};
顯然销部，類(lèi)C與A的友元關(guān)系止步于繼承處，類(lèi)C沒(méi)法訪問(wèn)類(lèi)B新定義的私有變量制跟。(這里留一個(gè)小問(wèn)題給大家舅桩，如果類(lèi)B覆蓋了類(lèi)A的私有變量x，類(lèi)C之中的printB是否仍然可以通過(guò)編譯呢凫岖？)
我們?cè)倏匆欢尾煌拇a：
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
int x;
public:
friend class B;
};
class B
{
public:
void fun(A& a){ cout << a.x << endl;}
};
class C:public B
{
public:
//void fun2(A& a){ cout <<a.a <<endl;} //派生類(lèi)新加的函數(shù)卻不能訪問(wèn)A江咳，此句會(huì)報(bào)錯(cuò)
};
void main()
{
A a;
C c;
c.fun(a); //C是B的派生類(lèi),只能基類(lèi)B的函數(shù)fun來(lái)訪問(wèn)A的對(duì)象
}
類(lèi)C雖然繼承了類(lèi)B，但是也不在具有了和A的友元關(guān)系哥放，只能"拼爹"歼指。依賴(lài)從類(lèi)B之中繼承的友元函數(shù)來(lái)訪問(wèn)類(lèi)A。(這里同樣留一個(gè)小問(wèn)題給大家甥雕，如果類(lèi)B之中的fun函數(shù)是protected或private的踩身，那上述代碼還能夠正常編譯嗎?)
在這里做一個(gè)簡(jiǎn)單的小結(jié)：友元關(guān)系在友元類(lèi)之中沒(méi)有繼承性，只能依賴(lài)基類(lèi)的友元關(guān)系社露。
3.非C++語(yǔ)言是怎么解決友元關(guān)系的：
-
Java
JAVA修飾符類(lèi)型(public,protected,private)- public的類(lèi)挟阻、類(lèi)屬變量及方法，包內(nèi)及包外的任何類(lèi)均可以訪問(wèn)峭弟；
- protected的類(lèi)附鸽、類(lèi)屬變量及方法，包內(nèi)的任何類(lèi)瞒瘸，及包外的那些繼承了此類(lèi)的子類(lèi)才能訪問(wèn)坷备；
- private的類(lèi)、類(lèi)屬變量及方法情臭，包內(nèi)包外的任何類(lèi)均不能訪問(wèn)省撑；
- 如果一個(gè)類(lèi)赌蔑、類(lèi)屬變量及方法不以這三種修飾符來(lái)修飾。那么包內(nèi)的任何類(lèi)都可以訪問(wèn)它竟秫，而包外的任何類(lèi)都不能訪問(wèn)它(包括包外繼承了此類(lèi)的子類(lèi))娃惯。所以這種類(lèi)型有時(shí)也稱(chēng)為friendly類(lèi)型，現(xiàn)在知道這個(gè)名字的出處了吧肥败，大家對(duì)同一個(gè)package之中要放哪些類(lèi)有木有新的認(rèn)識(shí)了呢趾浅？
Scala
在Scala之中，private和protected可以指定額外的參數(shù)馒稍〕蹦酰可以使用private[AccessQualifier]，AccessQualifier可以是this筷黔，也可以是其它的類(lèi)名或包名往史。這樣就可以這么理解：這個(gè)成員對(duì)所有類(lèi)都是private，除了自己和AccessQualifier所表示范圍內(nèi)的類(lèi)佛舱。這個(gè)概念也是可以遞推的椎例，也就是說(shuō)，如果AccessQualifier是一個(gè)類(lèi)请祖，那么private成員對(duì)于AccessQualifier的AccessQualifier也是可見(jiàn)的订歪。
（好優(yōu)雅的方式啊，我愛(ài)Scala肆捕。）Python
老子他喵的沒(méi)有訪問(wèn)控制刷晋，全靠自覺(jué)。Golang
比較粗暴慎陵，就靠首字母的大小寫(xiě)區(qū)分訪問(wèn)控制眼虱，沒(méi)法做到更加細(xì)粒度的控制了。不過(guò)看起來(lái)也不影響絕大多數(shù)場(chǎng)景的工程實(shí)現(xiàn)席纽。所以這樣化繁為簡(jiǎn)的設(shè)計(jì)哲學(xué)捏悬，是否也是一種優(yōu)雅的解決方式呢？
