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友元可以是一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)被稱為友元函數(shù)；友元也可以是一個(gè)類，該類被稱為友元類。虛函數(shù)必須是基類的非靜態(tài)成員函數(shù)，其訪問(wèn)權(quán)限可以是protected或public。
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幾點(diǎn)基本知識(shí)：
1、如果類A是類B的友元，則類A(的成員函數(shù))可以直接訪問(wèn)類B的私有成員。
2、友元不能繼承。也就是說(shuō)，類A是類B的友元，類D是類B的派生類，則類A并不會(huì)直接是類D的友元。通俗一點(diǎn)，父親的朋友，并不天生就是兒子的朋友。
3、虛函數(shù)的基本知識(shí)就不說(shuō)了。
來(lái)看下面的幾段代碼：
Code:
- class A;
- class B
- {
- private:
- virtual void output()
- {
- cout << "B::output" << endl;
- }
- friend class A;
- };
- class D : public B
- {
- private:
- virtual void output()
- {
- cout << "D::output" << endl;
- }
- };
A 是 B 的友元類，而D是B的派生類。 所以，若想在A中直接訪問(wèn)D的代碼，則編譯不過(guò)：
Code:
- class A
- {
- public:
- void test()
- {
- D d;
- d.output(); //編譯出錯(cuò)
- }
- };
這一點(diǎn)大家都沒(méi)覺(jué)得有問(wèn)題，畢竟書(shū)上寫(xiě)得都明白直觀：父類的友元，并不會(huì)因?yàn)槔^承，而成為派生類的友元。
但若代碼改成這樣，編譯器似乎就被欺騙了：
Code:
- class A
- {
- public:
- void test()
- {
- D d;
- B* pb = &d;
- pb->output(); //編譯通過(guò)
- }
- };
沒(méi)錯(cuò)，很多人會(huì)認(rèn)為這種代碼，就算能通過(guò)編譯器，也很可能是一種不好的代碼，因?yàn)樗趺纯炊枷袷窃谄垓_編譯器。是這樣嗎?先不討論。先問(wèn)一個(gè)問(wèn)題： 上面的08行代碼，output調(diào)用的是B類的那個(gè)output，還是D類的那個(gè)呢?
回答正確并不難——既然會(huì)認(rèn)定這段代碼帶有“欺騙”性質(zhì)，而且又注意到output是一個(gè)“虛函數(shù)”的話——就能能正確地解答： 調(diào)用的是D類的。A明明只是B的友元，但卻通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的類型轉(zhuǎn)換，就訪問(wèn)了D類的那個(gè)私有函數(shù)，所以會(huì)覺(jué)得這是一種“欺騙”。
如果這是一種欺騙，那我們先來(lái)回答這個(gè)騙局為什么能成立：因?yàn)椤坝言钡呐袛?resolve)，在編譯期決定;而虛函數(shù)在運(yùn)行期去resolve。在編譯08行代碼時(shí)，編譯器看到*pb的類型是B，而A是B的友元，所以允許它調(diào)用output(它認(rèn)為是B::output);而在運(yùn)行時(shí)，由于output是虛函數(shù)，所以最終被決定到D::output頭上。
沒(méi)時(shí)間細(xì)查手頭的《The Design and Evolution fo C++》，但不管這樣的設(shè)計(jì)是有意為之，還是無(wú)奈之舉，或者僅僅是C++眾多的特性“正交”現(xiàn)象之一，我個(gè)人覺(jué)得這個(gè)特性其實(shí)正是我們想要的。
一、首先要理解為什么派生類不應(yīng)該繼承基類的"友元"，這一點(diǎn)很多C++的書(shū)講到了
二、其次要理解它的語(yǔ)法機(jī)制：前面講的，一個(gè)編譯期屬性與一個(gè)運(yùn)行期屬性相遇了……
三、要理解如果想關(guān)掉這一類欺騙，其實(shí)做不到。且來(lái)看看，該法之一是在編譯期，也檢查實(shí)際調(diào)用對(duì)象的類型，前面的示例代碼不難做到這一點(diǎn)，但下面的代碼中，pb來(lái)自一個(gè)形參：
Code:
- A::test_2(B* pb)
- {
- pb->output(); //很難在編譯期反查出pb的實(shí)際類型。
- //因?yàn)檎{(diào)用test_2()的代碼，可能無(wú)處不在，甚至可能在未來(lái)的代碼
- }
四、要理解有時(shí)候，人們其實(shí)就是在故意做這種事，最典型的做法，就是通過(guò)非虛函數(shù)調(diào)用虛函數(shù)：
Code:
- class B
- {
- public:
- void Action()
- {
- this->DoAction();
- }
- private:
- virtual void DoAction() = 0; //一個(gè)私有的純虛函數(shù)
- // friend class A;
- };
任何一個(gè)合格的C++程序員，都應(yīng)該學(xué)會(huì)這種作法。DoAction是一個(gè)純虛函數(shù)，這里我們更決絕一點(diǎn)，干脆讓它是私有的，這就是逼著派生類自己去實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全自我的DoAction()，假設(shè)有個(gè)class D : public B，并且聽(tīng)話地實(shí)現(xiàn)了DoAction。具體D的定義，為節(jié)省點(diǎn)篇幅，不寫(xiě)了。
注意到第11行的注釋， class A 現(xiàn)在已經(jīng)不是 B 的友員了，但不要緊，我們只是想在新版的類A中，調(diào)用Action函數(shù)，而它是public的，所以這里不需要友元來(lái)攪和。
Code:
- class A
- {
- void test()
- {
- B* pb = new D; //pb 實(shí)際指向一個(gè)D對(duì)象。
- pb->Action(); // Action 是 公開(kāi)的，所以可以調(diào)用
- }
- };
pb 調(diào)用了非虛的B::Action函數(shù)，但在Action內(nèi)調(diào)用了虛函數(shù)DoAction，再由于pb實(shí)際指向的是D對(duì)象，所以最終調(diào)用的是D::DoAction()——這了無(wú)新意對(duì)不對(duì)?只要學(xué)過(guò)一點(diǎn)C++的多態(tài)，都會(huì)懂這一點(diǎn)。沒(méi)錯(cuò)，它太司空見(jiàn)慣了，基本上所有C++程序員每天都會(huì)在寫(xiě)類似的代碼——這就是我想說(shuō)的，有時(shí)候，看起來(lái)在調(diào)用基類的代碼，但實(shí)際上在調(diào)用派生類的代碼。假設(shè)我們修改了語(yǔ)法規(guī)則，逼著虛函數(shù)在遇上友元之后失效，那就是逼著程序員不去用friend，去將更多本來(lái)應(yīng)該是private的成員，用各種該法寫(xiě)成public的。
五、接著，是一個(gè)看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但卻被很多人誤解的概念：友元是破壞了封裝了嗎?錯(cuò)，友元其實(shí)是促進(jìn)了更好的封裝。它基于這樣的需求：有一個(gè)類，它有那么幾個(gè)成員(數(shù)據(jù)或函數(shù))，它只能對(duì)個(gè)別的其它類公開(kāi)，這時(shí)，你可以考慮使用友元這項(xiàng)技術(shù)。如果不用，會(huì)有很多人就把那些成員直接修改為public，結(jié)果：原本應(yīng)只對(duì)個(gè)別類開(kāi)放的屬性，變成對(duì)所有類開(kāi)放了。俗氣一點(diǎn)，法律規(guī)定老婆可以在私有場(chǎng)合下看老公的屁屁，如果法律強(qiáng)制規(guī)定不允許有這種例外，那很可能會(huì)有一些哥們，直接把屁股public出來(lái)就上街了——你若問(wèn)他為什么，他也很無(wú)辜：我不過(guò)是想讓我老婆方便一些。
六、讀了第五點(diǎn)，對(duì)OO有一套的C++程序員要“筆試/鄙視”我了，好，好，我知道既使不用friend的屬性，也可以美滿地實(shí)現(xiàn)前述的，類似老婆看老公屁股的問(wèn)題——我是說(shuō)，通過(guò)OO技術(shù)，避開(kāi)需要只對(duì)部分類開(kāi)放權(quán)限的需求，而轉(zhuǎn)化為第三方(比如某個(gè)接口及它的實(shí)現(xiàn)類)中——不管如何，你必須承認(rèn)友元沒(méi)有破壞封裝性，因?yàn)槠渌鉀Q這一問(wèn)題的的，似乎更純粹的OO技術(shù)，它們美好的地方是在于更細(xì)的類顆粒，以及更好的類組織(不美好地方是，效率差了點(diǎn)，以及對(duì)OO思想非得有點(diǎn)水準(zhǔn)，否則會(huì)繞暈掉，為了不讓Cer笑話，我們不提太多)。
七、不過(guò)，縱算如此(第六點(diǎn))，我還是是狡辯一句：就算是在那些看起來(lái)很純的OO語(yǔ)言里，其實(shí)也有友元的影子啊。比如Java，是沒(méi)有friend關(guān)鍵字，可以它的內(nèi)部類(非靜態(tài)的內(nèi)部類)，可以直接訪問(wèn)外部類，難道不是友元嗎?——事實(shí)上，這也正是在C++使用friend最主旋律的用法(我甚至不用寫(xiě)“之一”)。再如Object Pascal(Delphi)，是沒(méi)有friend關(guān)鍵字，可是只要是位于同一個(gè)代碼單元(就是同一個(gè).pas文件)，則其中所有類天生就是可以互相訪問(wèn)啊(當(dāng)然，需首先滿足可見(jiàn)性)——這是當(dāng)年我用Delphi時(shí)覺(jué)得最爽的地方之一了，既然號(hào)稱更OO的語(yǔ)言都留了一手，為何C++不能呢? ：)
八、第七點(diǎn)明顯帶有情緒化，這不符合C++之父對(duì)我們的期望： “ 在C++設(shè)計(jì)中有一條指導(dǎo)原則，那就是，無(wú)論做什么事情，都必須相信程序員。與可能出現(xiàn)什么樣的錯(cuò)誤相比，更重要得多的是能做出什么好事情。C++程序員總被看作是成年人……” 。在C++的大千世界，差異性永遠(yuǎn)被尊重， 有人不愛(ài)用template，那不用就是; 有人堅(jiān)決認(rèn)為只要有private和public就足夠了，那就把protected忘記吧，甚至有人認(rèn)為virtual也是多余的——很多人就是把C++當(dāng)成另一種C使用，那都可以接受。friend也一樣，如果你不用，它的存在并不會(huì)給你帶來(lái)什么性能損失，你要做的就是用很OO或很不OO的，但是你熟悉的方法去滿足友元的需求而已。
九、一定要這個(gè)第9點(diǎn)。 除了友元類，更常見(jiàn)的其實(shí)是友元函數(shù)。很多操作符的重載，都需要全局的友元函數(shù)來(lái)減輕相關(guān)類的public出太多成員。這一下扯到“操作符重載”有用嗎?哇，這是另外一個(gè)經(jīng)典的問(wèn)題了，它曾經(jīng)引起的糾紛，比這個(gè)“友元”所帶來(lái)的，要熱鬧上幾倍呢。就此打住。
十、***一點(diǎn)，C++初學(xué)者如何學(xué)習(xí)這門(mén)語(yǔ)言眾多的，又容易產(chǎn)生正交效應(yīng)的特性呢?我有個(gè)建議：先有個(gè)基本了解，做點(diǎn)練習(xí)，但并不需要急著真正使用。
友元的作用是提高了程序的運(yùn)行效率，即減少了類型檢查和安全性檢查等都需要時(shí)間開(kāi)銷，但它破壞了類的封裝性和隱藏性，使得非成員函數(shù)可以訪問(wèn)類的私有成員。而虛函數(shù)的作用則是為了實(shí)現(xiàn)多態(tài)。虛函數(shù)和友元總是會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在一段程序中，希望通過(guò)本文，能解決你的困惑。
當(dāng)前題目：當(dāng)“友元”遇到“虛函數(shù)”
標(biāo)題路徑：http://www.5511xx.com/article/cdphehd.html
