友元类
友元类是指能够访问另一个类的 private 和 protected 成员的类。
示例：
#include <iostream>
class Storage
{
private:
int m_nValue{};
double m_dValue{};
public:
Storage(int nValue, double dValue)
: m_nValue{ nValue }, m_dValue{ dValue }
{ }
// 将 Display 声明为 Storage 的友元类
friend class Display;
};
class Display
{
private:
bool m_displayIntFirst{};
public:
explicit Display(bool displayIntFirst)
: m_displayIntFirst{ displayIntFirst }
{ }
// 由于 Display 是 Storage 的友元，其成员可直接访问 Storage 的私有成员
void displayStorage(const Storage& storage)
{
if (m_displayIntFirst)
std::cout << storage.m_nValue << ' ' << storage.m_dValue << '\n';
else
std::cout << storage.m_dValue << ' ' << storage.m_nValue << '\n';
}
void setDisplayIntFirst(bool b)
{
m_displayIntFirst = b;
}
};
int main()
{
Storage storage{ 5, 6.7 };
Display display{ false };
display.displayStorage(storage); // 6.7 5
display.setDisplayIntFirst(true);
display.displayStorage(storage); // 5 6.7
return 0;
}
输出：
6.7 5
5 6.7
补充说明：
- 即使
Display是Storage的友元，也无法访问Storage对象的*this指针（因为*this是函数形参的一部分）。 - 友元关系非对称：
Display是Storage的友元，并不意味着Storage是Display的友元；若需双向友元，双方必须各自声明。 - 友元关系非传递：若 A 是 B 的友元，B 是 C 的友元，并不表示 A 是 C 的友元。
- 友元关系不继承：若 A 声明 B 为友元，B 的派生类不会自动成为 A 的友元。
- 友元类声明同时起到前向声明作用，无需额外前向声明即可使用。
友元成员函数
除了将整个类设为友元，也可仅授予某个成员函数访问权。语法与友元非成员函数类似，只需使用成员函数完整限定名。
然而，实践中有一定复杂度：
#include <iostream>
class Display; // Display 的前向声明
class Storage
{
private:
int m_nValue{};
double m_dValue{};
public:
Storage(int nValue, double dValue)
: m_nValue{ nValue }, m_dValue{ dValue }
{ }
// 试图将 Display::displayStorage 设为友元
friend void Display::displayStorage(const Storage& storage); // 错误：尚未看到 Display 的完整定义
};
class Display
{
private:
bool m_displayIntFirst{};
public:
explicit Display(bool displayIntFirst)
: m_displayIntFirst{ displayIntFirst }
{ }
void displayStorage(const Storage& storage) // 编译错误：尚未看到 Storage 的完整定义
{
if (m_displayIntFirst)
std::cout << storage.m_nValue << ' ' << storage.m_dValue << '\n';
else
std::cout << storage.m_dValue << ' ' << storage.m_nValue << '\n';
}
};
上述代码无法编译：
- 将成员函数设为友元，编译器必须已看到其所属类的完整定义；
- 同时，成员函数参数若使用
Storage类型，又需Storage的完整定义，造成循环依赖。
解决方案：
- 先完整定义
Display； - 前向声明
Storage； - 在
Storage定义中将Display::displayStorage设为友元； - 最后给出
Display::displayStorage的类外定义。
完整代码：
#include <iostream>
class Storage; // 前向声明
class Display
{
private:
bool m_displayIntFirst{};
public:
explicit Display(bool displayIntFirst)
: m_displayIntFirst{ displayIntFirst }
{ }
void displayStorage(const Storage& storage); // 声明，引用 Storage 需前向声明
};
class Storage
{
private:
int m_nValue{};
double m_dValue{};
public:
Storage(int nValue, double dValue)
: m_nValue{ nValue }, m_dValue{ dValue }
{ }
friend void Display::displayStorage(const Storage& storage); // 友元声明
};
// 类外定义 Display::displayStorage
void Display::displayStorage(const Storage& storage)
{
if (m_displayIntFirst)
std::cout << storage.m_nValue << ' ' << storage.m_dValue << '\n';
else
std::cout << storage.m_dValue << ' ' << storage.m_nValue << '\n';
}
int main()
{
Storage storage{ 5, 6.7 };
Display display{ false };
display.displayStorage(storage);
return 0;
}
若将每个类分别放入独立头文件（Display.h、Storage.h）及对应源文件，再统一编译，则无需上述调整顺序，代码更清晰。
习题
在几何学中，点（Point） 是空间中的位置，可由 3 个坐标 x, y, z 表示，例如 Point{2.0, 1.0, 0.0}。
在物理学中，向量（Vector） 是具有大小与方向的量，可由 3 个轴向分量 x, y, z 表示，例如 Vector{2.0, 0.0, 0.0} 表示沿 x 轴正方向、长度为 2 的向量。
将向量加至点可得到新位置，如 Point{2.0, 1.0, 0.0} + Vector{2.0, 0.0, 0.0} → Point{4.0, 1.0, 0.0}。
在计算机图形学中，此类点和向量常用于表示顶点及形变。
给定程序框架：
#include <iostream>
class Vector3d
{
private:
double m_x{}, m_y{}, m_z{};
public:
Vector3d(double x, double y, double z)
: m_x{ x }, m_y{ y }, m_z{ z } { }
void print() const
{
std::cout << "Vector(" << m_x << ", " << m_y << ", " << m_z << ")\n";
}
};
class Point3d
{
private:
double m_x{}, m_y{}, m_z{};
public:
Point3d(double x, double y, double z)
: m_x{ x }, m_y{ y }, m_z{ z } { }
void print() const
{
std::cout << "Point(" << m_x << ", " << m_y << ", " << m_z << ")\n";
}
void moveByVector(const Vector3d& v)
{
// 请将本函数实现为 Vector3d 的友元
}
};
int main()
{
Point3d p{ 1.0, 2.0, 3.0 };
Vector3d v{ 2.0, 2.0, -3.0 };
p.print();
p.moveByVector(v);
p.print();
return 0;
}
步骤 1
将 Point3d 设为 Vector3d 的友元类，并实现 Point3d::moveByVector()。
（答案略）
步骤 2
不再将 Point3d 整个类设为友元，而是仅将成员函数 Point3d::moveByVector 设为 Vector3d 的友元。
（答案略）
步骤 3
将步骤 2 的解法拆分为 5 个文件：Point3d.h、Point3d.cpp、Vector3d.h、Vector3d.cpp、main.cpp。
（答案略）
