友元函数是C++中允许非成员函数访问类私有和保护成员的机制。它在类内用friend关键字声明，定义在类外，可直接访问类的所有成员，但不具有传递性和继承性，常用于运算符重载等场景。
友元函数是C++中一种特殊的机制，它允许一个非成员函数访问类的私有（private）和保护（protected）成员。正常情况下，类的私有成员只能被该类的成员函数访问，而外部函数或其它类无法直接读取或修改它们。但通过将某个函数声明为类的“友元”，就可以打破这一限制。
什么是友元函数？
友元函数不是类的成员函数，但它被授予了访问类中所有成员（包括 private 和 protected 成员）的权限。在类内部使用关键字 friend 来声明一个友元函数。
关键点：
- 友元函数定义在类外部，但它可以访问类的所有成员。
- 它不需要通过对象调用，但在实现时通常需要传入类的对象作为参数。
- 友元关系是单向的，不具有传递性，也不能被继承。
如何声明和使用友元函数？
在类内用 friend 关键字声明一个函数，然后在类外定义这个函数。下面是一个简单示例：
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#include
using namespace std;
class Box {
private:
double width;
public:
Box(double w) : width(w) {}
// 声明友元函数
friend void printWidth(Box box);
};
// 友元函数定义
void printWidth(Box box) {
cout << "Width of box: " << box.width << endl; // 直接访问私有成员
}
int main() {
Box b(10.5);
printWidth(b); // 输出：Width of box: 10.5
return 0;
}
在这个例子中，printWidth() 不是 Box 类的成员函数，但由于被声明为友元，它可以访问 width 这个私有成员。
友元函数的常见用途
友元函数在实际开发中有几个典型应用场景：
- 运算符重载：比如重载
- 两个类之间的数据共享：当一个函数需要同时访问两个不同类的私有成员时，可将其设为这两个类的友元。
- 提高性能：避免频繁调用 getter 函数获取私有数据。
例如，重载输出操作符：
class Student {
private:
string name;
int age;
public:
Student(string n, int a) : name(n), age(a) {}
friend ostream& operator<<(ostream& os, const Student& s);
};
ostream& operator<<(ostream& os, const Student& s) {
os << "Name: " << s.name << ", Age: " << s.age;
return os;
}
注意事项与潜在问题
虽然友元函数提供了便利，但也应谨慎使用：
- 破坏封装性：过度使用友元会削弱类的数据隐藏特性，增加耦合度。
- 维护难度上升：一旦友元函数过多，类的私有成员可能在多个地方被修改，不利于调试和维护。
- 友元不能被继承：基类的友元函数不能访问派生类的私有成员。
- 友元关系是单向的：A 是 B 的友元，并不代表 B 也是 A 的友元。
基本上就这些。友元函数是一个有力的工具，在需要跨类访问或简化接口设计时非常有用，但要避免滥用，保持良好的面向对象设计原则。
