C++：友元的必要性和實現範例

C++：友元的必要性和實現範例

給小朋友講課的時候用的幾個例子，比較粗淺，可供參考。

友元函數的必要性

問題的提出

考慮一個虛數類：

class Img
{
private:
    double re;
    double im;
public:
    Img() {}
    Img(double r, double i) { re = r, im = i; }
};

我們希望定義一個加法函數，實現兩個虛數的相加。產生如下思路：

思路1：定義一個外部add函數

Img add(Img img1,Img img2)
{
    double sum_re = img1.re + img2.re;
    double sum_im = img1.im + img2.im;
    Img img_sum(sum_re, sum_im);
    return img_sum;
}

但是虛數類中成員變量re和im是私有的，外部函數無法訪問。

思路2：add定義爲成員函數

Img Img :: add(Img img1,Img img2)
{
    double sum_re = img1.re + img2.re;
    double sum_im = img1.im + img2.im;
    Img img_sum(sum_re, sum_im);
    return img_sum;
}

這樣做的壞處是，只有實例化一個虛數對象之後，才能用這個函數。但這個函數跟這個實體對象並沒有關係，如果要這麼做很牽強。

思路3：定義爲靜態函數：這樣做的壞處是沒必要。沒必要把這兩個成員定義爲static，會產生額外的問題。

思路4：額外定義get和set函數：這樣做的壞處是太麻煩了，沒必要。

由此引出，友元函數是這種情況下一個可取的選擇。

問題的解決：友元函數

應用方法：依然把add定義爲外部函數，但在類中聲明爲友元函數：

class Img
{
private:
    double re;
    double im;
public:
    Img() {}
    Img(double r, double i) { re = r, im = i; }
    friend Img add(Img img1, Img img2);
};

這樣在調用這個外部函數的時候就可以直接訪問私有成員。

友元類的必要性

• 當一個外部函數中有訪問另一個類的私有變量需求時，可以在被訪問的類中把訪問它的函數聲明爲友元函數。
• 當一個類的成員函數中有訪問另一個類的私有變量的需求時，可以在被訪問的類中把訪問它的類聲明爲友元類。

一些例子

複數類：完整代碼

#include <iostream>
using namespace std;

class Img
{
private:
    double re;
    double im;
public:
    Img() {}
    Img(double r, double i) { re = r, im = i; }
    friend Img add(Img img1, Img img2);
    void display() { cout << "(" << re << ", " << im << ")" << endl; }
};

Img add(Img img1,Img img2)
{
    double sum_re = img1.re + img2.re;
    double sum_im = img1.im + img2.im;
    Img img_sum(sum_re, sum_im);
    return img_sum;
}

int main()
{
    Img num1(3, 4);
    Img num2(4, 5);
    Img a = add(num1, num2);
    num1.display();
    num2.display();
    a.display();
    return 0;
}

其他待補