C++篇---訪問私有成員的3種情況及友元函數的使用

1. 友元函數

友元函數引入:

• 私有成員對於類外部的所有程序部分而言都是隱藏的，訪問它們需要調用一個公共成員函數，但有時也可能會需要創建該規則的一項例外。

• 友元函數是一個不屬於類成員的函數，但它可以訪問該類的私有成員。換句話說，友元函數被視爲好像是該類的一個成員。友元函數可以是常規的獨立函數，也可以是其他類的成員。實際上，整個類都可以聲明爲另一個類的友元。

• 爲了使一個函數或類成爲另一個類的友元，必須由授予它訪問權限的類來聲明。類保留了它們的朋友的 “名單”，只有名字出現在列表中的外部函數或類才被授予訪問權限。通過將關鍵字 friend 放置在函數的原型之前，即可將函數聲明爲友元。

友元函數說明

• 必須在類的說明中說明友元函數，說明時以關鍵字friend開頭，後跟友元函數的函數原型，友元函數的說明可以出現在類的任何地方，包括在private和public部分；
• 注意友元函數不是類的成員函數，所以友元函數的實現和普通函數一樣，在實現時不用"::“指示屬於哪個類，只有成員函數才使用”::"作用域符號；
• 友元函數不能直接訪問類的成員，只能訪問對象成員，
• 友元函數可以訪問對象的私有成員，但普通函數不行；
• 調用友元函數時，在實際參數中需要指出要訪問的對象，
• 類與類之間的友元關係不能繼承。
• 一個類的成員函數也可以作爲另一個類的友元，但必須先定義這個類。

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2. 訪問私有成員的3種情況

No.1

• 說明: 一個全局函數想訪問一個類對象的私有成員
• 解決方法: 在該類中把那個全局函數定義爲該類的友元函數
• 舉例:

  #include<iostream>
  #include <math.h>
  using namespace std;
  class Point
  {
      int x, y;
  public:
      Point(int x= 0, int y = 0);
      void disp();
      // 友元函數的聲明
      friend double dist(Point p1, Point p2);
  };
  
  Point::Point(int x, int y)
  { this->x = x; this->y = y; }
  
  void Point::disp()
  { cout << '(' << x << ',' << y << ')' << endl;}
  
  // 因訪問類對象的私有屬性，在類中定義友元函數
  double dist(Point p1, Point p2)
  {
      double x = p1.x - p2.x;
      double y = p1.y - p2.y;
      return sqrt(x*x+y*y);
  }
  
  int main()
  {
      Point p1(0,0), p2(1,1);
      double dis = dist(p1,p2);
      cout << "distance of p1 and p2: " << dis << endl;
      system("pause"); return 0;
  }
  

No.2

• 說明: 一個類中的成員函數想訪問另一個類對象的私有成員
• 解決方法: 可以在被訪問對象類中定義該函數爲友元函數
• 舉例:

  #include<string>
  #include<iostream>
  using namespace std;
  
  class Teacher; // 聲明類
  
  class Student
  {
      string name;
      int age;
      int score;
  public:
      Student(){};
      Student(string name="onname", int age=18);
      void disp();
      // 定義Teacher類的setScore成員函數爲該類的友元函數
      friend void Teacher::setScore(Student &s, int score);
  };
  
  Student::Student(string name, int age)
  {
      this->name = name;
      this->age = age;
      score = 0;
  }
  
  void Student::disp()
  {
      cout << "I am a student!" << endl;
      cout << name << " " << age << " " << score << endl;
  }
  
  class Teacher
  {
      string name;
      int age;
  public:
      Teacher(){};
      Teacher(string name="onname", int age=30);
      void disp();
      // 爲了改變學對象的成績，使用引用類型
      void setScore(Student &s, int score); 
  };
  
  Teacher::Teacher(string name, int age)
  {
      this->name = name;
      this->age = age;
  }
  
  void Teacher::disp()
  {
      cout << "I am a teacher!" << endl;
      cout << name << " " << age << endl;
  }
  
  // 因要訪問別的類對象的私有成員,需定義友元函數
  void Teacher::setScore(Student &s, int score)
  {
      s.score = score; 
  }
  
  int main()
  {
      Teacher t = Teacher("Jack");
      t.disp();
      Student s = Student("Mary", 19);
      s.disp();
      // 老師修改學生成績
      t.setScore(s,90);
      t.disp();
      return 0;
  }
  

No.3

• 說明: 一個類中的一個對象想訪問同類中的另一個對象的私有成員，可直接訪問
• 舉例

  #include<iostream>
  using namespace std;
  
  class Complex
  {
  private:
      int real, imag;
  public:
      Complex(int r = 0, int i = 0);
      void disp();
      void input();
      Complex operator+(Complex c);
  };
  
  Complex::Complex(int r, int i)
  {
      this->real = r;
      this->imag = i;
  }
  
  void Complex::disp()
  {
      cout << real << " " << imag << endl;
  }
  
  Complex Complex::operator+(Complex c)
  {
      // 直接用傳入對象的私有屬性，將它們實部和虛部分別相加後再利用構造函數創建新對象返回
      return Complex(real+c.real,imag + c.imag);
  }
  int main()
  {
  
      Complex c1(2,3), c2(2,-3), c3;
      c3.disp()
      c3 = c1 + c2;
      c3.disp();
      return 0;
  }