C++中友元的實(shí)例詳解

來源：本站原創(chuàng)|時間：2020-01-10|欄目：C語言|點(diǎn)擊：次

C++中友元的實(shí)例詳解

盡管友元被授予從外部訪問類的私有部分的權(quán)限，但他們并不與面向?qū)ο蟮木幊趟枷胂嚆?；相反他提高了公共接口的靈活性。

一、友元類

友元聲明可以位于公有、私有活保護(hù)部分、其所在位置無關(guān)緊要

我直接貼出一個摘自< c++ primer plus >的例子來演示 c++ 友元類

其中 Remote 為 Tv的友元類。

Tv.h

#ifndef TV_H_
#define TV_H_

/*一個類 電視 */
class Tv
{
public:
  friend class Remote; //Remote類可以訪問Tv Privite 的私有部分
  enum {
    off,on  //開關(guān) 
  };
  enum 
  {
    MinVal,MaxVal=20  //音量
  };
  enum {
    Antena,Cable //使用的天線、還是電纜
  };
  enum 
  {
    TV ,DVD  //工作模式
  };

  Tv(int s = off, int mc = 125) :state(s), volume(5), maxchannel(mc),
    channel(5), mode(Cable), input(TV) {}
  void onoff() { state = (state == on) ? off : on; }
  bool ison()const { return state == on; }
  bool volup();  //增大聲音
  bool voldown(); //減小聲音
  void chanup(); //頻道 +
  void chandown();//頻道 -
  void set_mode() { mode = (mode == Antena) ? Cable : Antena; }
  void set_input() { input = (input == TV) ? DVD : TV; }
  void settings()const; //顯示所有設(shè)置


private:
  int state;  // 開或者 關(guān)
  int volume; // 音量
  int maxchannel; //最大
  int channel;  //當(dāng)前頻道
  int mode;  // 廣播還是 電纜
  int input; //Tv 或者 DVD
};

/*Remote 的定義 （遙控器） */
class Remote {
private :
  int mode; // 控制 TV 或 DVD
public:
  Remote(int m = Tv::TV) :mode(m) {}
  bool volup(Tv & t) { return t.volup(); }
  bool voldown(Tv & t) { return t.voldown(); }
  void onoff(Tv & t) { return t.onoff(); }
  void chanup(Tv & t) { return t.chanup(); }
  void chandown(Tv & t) { return t.chandown(); }
  void set_chan(Tv &t, int c) { t.channel = c; } //訪問了Tv的私有成員
  void set_mode(Tv &t) { t.set_mode(); }
  void set_input(Tv &t) { t.set_input(); }
};
#endif // TV_H_

Tv.cpp

#include "stdafx.h"
#include "Tv.h"
#include <iostream>

bool Tv::volup() {
  if (volume < MaxVal) {
    volume++;
    return true;
  }
  else {
    return false;
  }
}

bool Tv::voldown() {
  if (volume > MinVal) {
    volume--;
    return true;
  }
  else {
    return false;
  }
}

void Tv::chanup() {
  if (channel < maxchannel) channel++;
  else channel = 1;
}

void Tv::chandown() {
  if (channel > 1) channel--;
  else channel = maxchannel;
}

void Tv::settings() const {
  using std::cout;
  using std::endl;
  cout << "TV is " << (state == off ? "off" : "on") << endl;
  if (state == on) {
    cout << "Volume setting =" << volume << endl;
    cout << "Channel setting = " << channel << endl;
    cout << "Mode = " << (mode == Antena ? "antenna" : "cable") << endl;
    cout << "Input = " << (input == TV ? "TV" : "DVD") << endl;
  }
}

測試代碼:

#include "stdafx.h"
#include "tv.h"
#include <iostream>

int main()
{
  using std::cout;
  Tv s42;
  cout << "Initial settings for 42 \" Tv: \n";
  s42.settings();
  s42.onoff();
  s42.chanup();

  cout << " \n Adjusted settings for 42 \" Tv: \n";
  s42.chanup();
  cout << "\n Adjusted settings for 42 \" Tv: \n";
  s42.settings();

  Remote grey;
  grey.set_chan(s42, 10);
  grey.volup(s42);
  grey.volup(s42);
  cout << " \n s42 \" settings after using remote: \n";
  s42.settings();

  Tv s58(Tv::on);
  s58.set_mode();
  grey.set_chan(s58, 58);
  cout << " \n s58 \" setting: \n";
  s58.settings();

  system("pause");
  return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果:

Initial settings for 42 " Tv:
TV is off

 Adjusted settings for 42 " Tv:

 Adjusted settings for 42 " Tv:
TV is on
Volume setting =5
Channel setting = 7
Mode = cable
Input = TV

 s42 " settings after using remote:
TV is on
Volume setting =7
Channel setting = 10
Mode = cable
Input = TV

 s58 " setting:
TV is on
Volume setting =5
Channel setting = 58
Mode = antenna
Input = TV
請按任意鍵繼續(xù). . .

上述代碼中將Remote類設(shè)置成為了Tv類的友元類，但事實(shí)上我們看到：唯一訪問Tv的成員的方法是void set_chan(Tv &t, int c) { t.channel = c; } ，因此它是唯一需要友元的方法。因此不必讓整個類成為友元，這就引出了我們下面要講的的友元成員函數(shù)。

二、友元成員函數(shù)

我們要再Tv中將Remote::set_chan()設(shè)置成友元：

clas Tv
{
  friend void Remote::set_chan(Tv & t,int c ) ;
}

然而要使編譯器能夠處理這條語句，它必須知道Remote的定義。否則，它無法知道Remote是一個類。而 set_chan是這個類的方法。這意味著應(yīng)將Remote的定義放到Tv的定義前面。Remote的方法提到了Tv對象，而意味著Tv定義應(yīng)當(dāng)位于Remote定義之前，避開這種循環(huán)依賴的方法是，使用前向聲明。
所以應(yīng)該這樣:

class Tv ; //前向聲明
class Remote{...}
class Tv {...}

這里還有一個麻煩就是：

Remote 包含了內(nèi)聯(lián)代碼例如：void onoff(Tv &t) {t.onoff();};

由于這將調(diào)用Tv的一個方法，所以編譯器此時已經(jīng)看到了Tv類的聲明，這樣才能知道Tv有哪些方法，但正如看到的，該聲明位于Remote聲明的后面。這種問題的解決方法是：使用Remote聲明中只包含方法聲明，并將實(shí)際的定義放到Tv類之后。所以最終應(yīng)該這樣:

class Tv; //前向聲明
class Remote {...} //如要用到Tv 只能是方法聲明
class Tv{...}
//接著寫Remote的定義

這里通過方法定義中使用 inline關(guān)鍵字，仍然可以使方法稱為內(nèi)聯(lián)方法
所以程序最終將tv.h改為：

#ifndef TV_H_
#define TV_H_
class Tv; //前向聲明
class Remote {

public:
  enum {
    off, on  //開關(guān) 
  };
  enum
  {
    MinVal, MaxVal = 20  //音量
  };
  enum {
    Antena, Cable //使用的天線、還是電纜
  };
  enum
  {
    TV, DVD  //工作模式
  };

private:
  int mode; // 控制 TV 或 DVD
public:
  Remote(int m = TV) :mode(m) {}
  //用到了Tv 只能是聲明
  bool volup(Tv & t);
  bool voldown(Tv & t);
  void onoff(Tv & t);
  void chanup(Tv & t);
  void chandown(Tv & t);
  void set_chan(Tv &t, int c);
  void set_mode(Tv &t);
  void set_input(Tv &t);
};

class Tv
{
public:
  friend void Remote::set_chan(Tv & t,int c); //友元成員函數(shù)
  enum {
    off, on  //開關(guān) 
  };
  enum
  {
    MinVal, MaxVal = 20  //音量
  };
  enum {
    Antena, Cable //使用的天線、還是電纜
  };
  enum
  {
    TV, DVD  //工作模式
  };
  Tv(int s = off, int mc = 125) :state(s), volume(5), maxchannel(mc),
    channel(5), mode(Cable), input(TV) {}
  void onoff() { state = (state == on) ? off : on; }
  bool ison()const { return state == on; }
  bool volup();  //增大聲音
  bool voldown(); //減小聲音
  void chanup(); //頻道 +
  void chandown();//頻道 -
  void set_mode() { mode = (mode == Antena) ? Cable : Antena; }
  void set_input() { input = (input == TV) ? DVD : TV; }
  void settings()const; //顯示所有設(shè)置
private:
  int state;  // 開或者 關(guān)
  int volume; // 音量
  int maxchannel; //最大
  int channel;  //當(dāng)前頻道
  int mode;  // 廣播還是 電纜
  int input; //Tv 或者 DVD
};

inline bool Remote::volup(Tv & t) { return t.volup(); }
inline bool Remote::voldown(Tv & t) { return t.voldown(); }
inline void Remote::onoff(Tv & t) { return t.onoff(); }
inline void Remote::chanup(Tv & t) { return t.chanup(); }
inline void Remote::chandown(Tv & t) { return t.chandown(); }
inline void Remote::set_chan(Tv &t, int c) { t.channel = c; }
inline void Remote::set_mode(Tv &t) { return t.set_mode(); }
inline void Remote::set_input(Tv &t) { return t.set_input(); }
#endif // TV_H_

測試結(jié)果不變。

*另外：也可一個將內(nèi)聯(lián)函數(shù)放在tv.cpp中，但必須去掉inline關(guān)鍵字，這樣函數(shù)的連接性將成為外部的。

三、其他友元關(guān)系

1、上面的代碼表示的是Remote是Tv的友元。但我們有時也會用到2個類互相友元。即Remote是Tv的友元，同時 Tv又是Remote的友元

他們定義與下面類似:

class Remote
class Tv
{
friend clas Remote
public:
  void buzz(Remote & r) ;
  ...
}

class Remote
{
friend class Tv;
public:
  void Bool volup(Tv & t){t.volup();}
  ...
}
inline void Tv::buzz(Remote & r)
{
...
}

由于Remote的聲明位于Tv聲明的后面，所以可以在類的定義Remote::volup(),但Tv::buzz()方法必須在Tv聲明的外部定義，使其位于Remote聲明的外面。如果不希望buzz()是內(nèi)聯(lián)的，則應(yīng)在一個單獨(dú)的方法定義文件中定義它。

2、共同的友元。

需要使用友元的另一種情況是，函數(shù)需要訪問兩個類的私有數(shù)據(jù)。它可以是一個類的友元，同時是另一個類的友元。示例如下：

class Analyzer;
class Probe
{
  friend void sync (Analyzer & a,const Probe & p) ;
  friend void sync (Probe & p,const Analyzer & a);
  ...
};
class Analyzer
{
  friend void sync (Analyzer & a,const Probe & p) ;
  friend void sync (Probe & p,const Analyzer & a);
}
inline void sync (Analyzer & a,const Probe & p)
{
  ...
}
inline void sync (Probe & p,const Analyzer & a)
{
  ...
}

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