C++超詳細講解友元與內部類

2022-06-24 10:01:48

一.友元

友元分為：友元函數和友元類

友元提供了一種突破封裝的方式，有時提供了便利。但是友元會增加耦合度，破壞了封裝，所以友元不宜多用。

1.友元函數

（1）引入原因

operator<<：因為cout 的輸出流物件和隱含的 this 指標在搶佔第一個引數的位置。 this 指標預設是第一個引數也就是左操數了。但是實際使用中cout 需要是第一個形參物件，才能正常使用。所以我們要將 operator<< 過載成全域性函數。但是這樣的話，又會導致類外沒辦法存取成員，那麼這裡就需要友元來解決。operator>> 同理。

（2）友元函數作用

友元函數可以直接存取類的私有成員，它是定義在類外部的普通函數，不屬於任何類，但需要在類的內部宣告，宣告時需要加friend 關鍵字。

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
	// 友元函數
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
public:
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;
	return out;
}
int main()
{
	Date d;
	//d << cout;
	cout << d;
	return 0;
}

（3）友元函數特徵

【1】友元函數可存取類的私有和保護成員，但不是類的成員函數

【2】友元函數不能用 const 修飾（因為沒有this指標）

【3】友元函數可以在類定義的任何地方宣告，不受類存取限定符限制，放在public，private中都行，不放這兩個裡面放在最前面也行，一般都是定義最前面的

【4】一個函數可以是多個類的友元函數

【5】友元函數的呼叫與普通函數的呼叫和原理相同

2.友元類

（1）解釋

class Date; // 前置宣告：因為編譯器是向上查詢，在Time類中
class Time
{
    //友元類
	friend class Date; 
宣告日期類為時間類的友元類，則在日期類中就可以直接存取Time類中的私有成員變數
public:
	Time(int hour=0, int minute=0, int second = 0)
		: _hour(hour)
		, _minute(minute)
		, _second(second)
	{}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
	{
		// 直接存取時間類私有的成員變數
		_t._hour = hour;
		_t._minute = minute;
		_t._second = second;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time _t;
};

在Date類中有一自定義成員變數Time _t;，成員函數 SetTimeOfDate 想存取 _t 物件的成員變數，因為類Time中的成員變數是私有的，所以正常情況無法存取，則需要藉助友元類：

想在Date類中存取Time類物件的私有成員變數，就需要在類Time中宣告日期類為時間類的友元類，則在日期類中就可以直接存取Time類中的私有成員變數。

格式：friend class Date;

(在Date類中存取Time類物件的成員變數：在Time類中寫日期類宣告並在前面加friend)

（2）友元類特徵

【1】友元類的所有成員函數都可以是另一個類的友元函數，都可以存取另一個類中的非公有成員。

【2】友元關係是單向的，不具有交換性。比如上述Time類和Date類，在Time類中宣告Date類為其友元類，那麼可以在Date類中直接存取Time類的私有成員變數，但想在Time類中存取Date類中私有的成員變數則不行。

【3】友元關係不能傳遞如果B是A的友元，C是B的友元，則不能說明C時A的友元。

二.內部類（不常用）

1.概念

如果一個類定義在另一個類的內部，這個內部類就叫做內部類。

注意：此時這個內部類是一個獨立的類，它不屬於外部類，更不能通過外部類的物件去呼叫內部類。外部類對內部類沒有任何優越的存取許可權。

注意：內部類就是外部類的友元類。注意友元類的定義，內部類可以通過外部類的物件引數來存取外部類中的所有成員。但是外部類不是內部類的友元。

2.特性

1. 內部類可以定義在外部類的 public 、 protected 、 private 都是可以的。

2. 注意內部類可以直接存取外部類中的 static 、列舉元，不需要外部類的物件 / 類名。

3. sizeof( 外部類 )= 外部類，和內部類沒有任何關係

舉例：B是A的內部類，B是A的友元，A不是B的友元，A的大小是4位元組，類A的大小不包含靜態變數k（存在靜態區）和成員函數（存在公共程式碼段）和內部類B，類A的大小僅僅只有h，所以是4位元組。

class A {
private:
	static int k;
	int h;
public:
	class B    //內部類
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			cout << k << endl;    //B可以直接存取A內部成員變數
			cout << a.h << endl;    //B可以直接存取A內部成員變數
		}
	};
};
int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;
    A aa;
    A::B bb;    //定義B的物件時，需要指定是A的類域 A::
	return 0;
}

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