C++ 友元函数

友元在一个类中可以有公用的(public )成员和私有的(private )成员。在类外可以访问公用成员，只有本类中的函数可以访问本类的私有成员。现在，我们来补充介绍一个例外——友元(friend )。

友元可以访问与其有好友关系的类中的私有成员。友元包括友元函数和友元类。

如果在本类以外的其他地方定义了一个函数(这个函数可以是不属于任何类的非成员函数，也可以是其他类的成员函数)，在类体中用friend对其进行声明，此函数就称为本类的友元函数。

友元函数可以访问这个类中的私有成员。

1、将普通函数声明为友元函数通过下面的例子可以了解友元函数的性质和作用。
void display(Time& t) //这是友元函数，形参t是Time类对象的引用
{
   cout<<t.hour<<″:″<<t.minute<<″:″<<t.sec<<endl;
}
int main( )
{
   Time t1(10,13,56);
   display(t1); //调用display函数，实参t1是Time类对象
   return 0;
}
程序输出结果如下：
10:13:56
由于声明了display是Time类的friend函数，所以display函数可以引用Time中的私有成员hour,minute,sec。

但注意在引用这些私有数据成员时，必须加上对象名，不能写成
   cout<<hour<<″:″<<minute<<″:″<<sec<<endl;
因为display函数不是Time类的成员函数，不能默认引用Time类的数据成员，必须指定要访问的对象。

2、友元成员函数friend函数不仅可以是一般函数(非成员函数)，而且可以是另一个类中的成员函数。见例9.13。

例9.13 友元成员函数的简单应用。在本例中除了介绍有关友元成员函数的简单应用外，还将用到类的提前引用声明，请读者注意。
#include <iostream>
using namespace std;
class Date; //对Date类的提前引用声明
class Time //定义Time类
{
   public :
   Time(int,int,int);
   void display(Date &); //display是成员函数，形参是Date类对象的引用
   private :
   int hour;
   int minute;
   int sec;
};
class Date //声明Date类
{
   public :
   Date(int,int,int);
   friend void Time::display(Date &); //声明Time中的display函数为友元成员函数
   private :
   int month;
   int day;
   int year;
};
{
   cout<<d.month<<″/″<<d.day<<″/″<<d.year<<endl; //引用Date类对象中的私有数据
   cout<<hour<<″:″<<minute<<″:″<<sec<<endl; //引用本类对象中的私有数据
}
Date::Date(int m,int d,int y) //类Date的构造函数
{
   month=m;
   day=d;
   year=y;
}
int main( )
{
   Time t1(10,13,56); //定义Time类对象t1
   Date d1(12,25,2004); //定义Date类对象d1
   t1.display(d1);
   //调用t1中的display函数，实参是Date类对象d1
   return 0;
}
运行时输出：
12/25/2004 (输出Date类对象d1中的私有数据)
10:13:56 (输出Time类对象t1中的私有数据)
在本例中定义了两个类Time和Date。

程序第3行是对Date类的声明，因为在第7行和第16行中对display函数的声明和定义中要用到类名Date，而对Date类的定义却在其后面。

能否将Date类的声明提到前面来呢？也不行，因为在Date类中的第4行又用到了Time类，也要求先声明Time类才能使用它。为了解决这个问题，C++允许对类作“提前引用”的声明，即在正式声明一个类之前，先声明一个类名，表示此类将在稍后声明。

程序第3行就是提前引用声明，它只包含类名，不包括类体。如果没有第3行，程序编译就会出错。

在这里简要介绍有关对象提前引用的知识。在一般情况下，对象必须先声明，然后才能使用它。但是在特殊情况下(如上面例子所示的那样)，在正式声明类之前，需要使用该类名。

但是应当注意： 类的提前声明的使用范围是有限的。只有在正式声明一个类以后才能用它去定义类对象。

如果在上面程序第3行后面增加一行： Date d1; //企图定义一个对象会在编译时出错。因为在定义对象时是要为这些对象分配存储空间的，在正式声明类之前，编译系统无法确定应为对象分配多大的空间。编译系统只有在“见到”类体后，才能确定应该为对象预留多大的空间。

在对一个类作了提前引用声明后，可以用该类的名字去定义指向该类型对象的指针变量或对象的引用变量(如在本例中，定义了Date类对象的引用变量)。这是因为指针变量和引用变量本身的大小是固定的，与它所指向的类对象的大小无关。

请注意程序是在定义Time::display函数之前正式声明Date类的。如果将对Date类的声明的位置(程序13~21行)改到定义Time::display函数之后，编译就会出错，因为在Time::display函数体中要用到Date类的成员month,day,year。如果不事先声明Date类，编译系统无法识别成员month,day,year等成员。在一般情况下，两个不同的类是互不相干的。

在本例中，由于在Date类中声明了Time类中的display成员函数是Date类的“朋友”，因此该函数可以引用Date类中所有的数据。

请注意在本程序中调用友元函数访问有关类的私有数据方法：

1. 在函数名display的前面要加display所在的对象名(t1)；
2. display成员函数的实参是Date类对象d1，否则就不能访问对象d1中的私有数据；
3. 在Time::display函数中引用Date类私有数据时必须加上对象名，如d.month。

3、一个函数(包括普通函数和成员函数)可以被多个类声明为“朋友”，这样就可以引用多个类中的私有数据。例如，可以将例9.13程序中的display函数不放在Time类中，而作为类外的普通函数，然后分别在Time和Date类中将display声明为朋友。

在主函数中调用display函数，display函数分别引用Time和Date两个类的对象的私有数据，输出年、月、日和时、分、秒。