对象友元的概念及应用
友元入门
友元friend
可以将一个函数或类进行friend修饰
修饰后的函数和类可以直接在外部访问调用本类的所有成员
友元的位置无需在意是否为public还是private
class Point {
public:
//在类中用friend声明该函数,在外部定义
friend void display(const Point& p);
//在类中修饰另一个类,另一个类可直接访问该类对象的成员
friend class Line;
private:
int _ix;
int _iy;
};
//friend修饰声明需要friend开头,定义时不需要带
void display(const Point& p)
{
cout << p._ix;
cout << p._iy << endl;
}
class Line {
public:
void print(const Point& p)
{
cout << p._ix;
}
};
具体实现
#include <iostream>
#include <cmath>
using std::cout;
using std::endl;
class Point {
public:
friend void distance(const Point& p1, const Point& p2);
friend void display(const Point& p);
friend class Line;
Point(const int& ix, const int& iy)
:_ix(ix)
, _iy(iy)
{
cout << "Point(int,int)" << endl;
}
private:
int _ix;
int _iy;
};
void display(const Point& p)
{
cout << '(' << p._ix << ' ' << p._iy << ')' << endl;
}
void distance(const Point& p1, const Point& p2)
{
//hypot函数可以返回两个参数的平方后的和在开根的值,在应用两点之间距离很常用,包含库为math
cout << "distance:"<<hypot(p1._ix - p2._ix, p1._iy - p2._iy) << endl;
}
class Line {
public:
void print(const Point& p)
{
cout << p._ix;
}
};
void test0()
{
Point p1(0, 0);
Point p2(3, 4);
display(p1);
display(p2);
distance(p1, p2);
}
int main()
{
test0();
return 0;
}
输出结果
Point(int,int)
Point(int,int)
(0 0)
(3 4)
distance:5
友元的使用
在友元修饰类时,我们发现虽然代码没有语法错误,但在编译过程中往往无法执行
class Line {
public:
void distance(const Point& p1, const Point& p2);
{
cout << "distance:" << hypot(p1._ix - p2._ix, p1._iy - p2._iy) << endl;
}
};
class Point {
public:
/*friend class Line;*/
friend void Line::distance(const Point& p1, const Point& p2);
friend void display(const Point& p);
Point(const int& ix, const int& iy)
:_ix(ix)
, _iy(iy)
{
cout << "Point(int,int)" << endl;
}
private:
int _ix;
int _iy;
};
这是因为在编译过程中,Line类作为Point的友元,虽然能够调用Point的成员,但因为Line声明定义在Point的前面,我们目前还不清楚Point类中成员都有什么,无法调用Point的成员
这种情况在我们一开始认识命名空间时也有遇到过,解决方法称为带有命名空间的函数声明
带有命名空间的函数声明
无法执行的案例
namespace front {
void display()
{
back::out();
}
}
namespace back{
void print()
{
front::display();
}
void out()
{
cout << "out" << endl;
}
}
在编译过程中,front内部的print函数调用了back内的out函数,此时out函数和back命名空间还没有声明或者定义,编译器不知道调用的是什么,就出现了问题
由此可知问题可以概括为:当一个命名空间需要调用另一个命名空间的函数,而另一个命名空间也需要调用当前命名空间的函数
解决方法:将一开始命名空间内需要调用的另一个命名空间内函数提前声明
//只需提前定义命名空间在命名空间内声明该函数
//命名空间可以多次定义,这一特性使得他能够解决这一冲突问题
namespace back {
void out();
}
namespace front {
void display()
{
back::out();
}
}
namespace back{
void print()
{
front::display();
}
void out()
{
cout << "out" << endl;
}
}
上述解决方法我们称之为带有命名空间的函数声明
类的前向声明
根据带有命名空间的函数声明,我们可以用来解决当前Line类中不能调用Point成员的问题(前提条件是friend已经在Point类内部修饰好了Line)
#include <iostream>
#include <cmath>
using std::cout;
using std::endl;
class Point;
class Line {
public:
void distance(const Point& p1, const Point& p2);
};
class Point {
public:
/*friend class Line;*/
friend void Line::distance(const Point& p1, const Point& p2);
friend void display(const Point& p);
Point(const int& ix, const int& iy)
:_ix(ix)
, _iy(iy)
{
cout << "Point(int,int)" << endl;
}
private:
int _ix;
int _iy;
};
void display(const Point& p)
{
cout << '(' << p._ix << ' ' << p._iy << ')' << endl;
}
void Line::distance(const Point& p1, const Point& p2)
{
cout << "distance:" << hypot(p1._ix - p2._ix, p1._iy - p2._iy) << endl;
}
void test0()
{
Point p1(0, 0);
Point p2(3, 4);
}
int main()
{
test0();
return 0;
}
此时我们发现将Point提前声明好,把下方实现部分加上作用域,整个代码就不会报错了(如果直接在Line内部实现,Line还是不知道Point内部有什么,类的前向声明仅仅是让该类知道该另一个的存在)
此时我们可以选择使用static修饰来调用distance函数,或者通过创建Line对象调用(不写static修饰了,省点字数)
Point p1(0, 0);
Point p2(3, 4);
Line temp;
temp.distance(p1, p2);
对于临时对象调用distance更便捷的写法
Point p1(0, 0);
Point p2(3, 4);
Line().distance(p1,p2);
输出结果
Point(int,int)
Point(int,int)
distance:5
简便的原因
一方面是作为临时对象,其生命周期明显缩短,由整个test函数的生命周期缩短到了一个语句的生命周期,另一方面,只需要写一行就可以实现两行的功能
friend直接修饰类的好处
在之前的代码中,我们用friend修饰了Line中distance函数,如果Line中有很多函数需要调用Point的成员,那么我们可以直接修饰类,此时可以大大降低代码的冗余
复杂写法
class Point;
class Line {
public:
double distance(const Point& pt1, const Point& pt2);
void setPoint(Point& pt, int ix, int iy);
void displayPoint(const Point& p);
void checkPoint(const Point& p);
private:
};
class Point {
friend void display(const Point& pt);
friend double Line::distance(const Point& pt1, const Point& pt2);
friend void Line::setPoint(Point& pt, int ix, int iy);
friend void Line::displayPoint(const Point& p);
friend void Line::checkPoint(const Point& p);
简便写法
class Point;
class Line {
public:
double distance(const Point& pt1, const Point& pt2);
void setPoint(Point& pt, int ix, int iy);
void displayPoint(const Point& p);
void checkPoint(const Point& p);
private:
};
class Point {
friend void display(const Point& pt);
//为了防止代码冗余,可以直接让Line类成为Point的友元(Line可以使用Point的所有成员)
friend class Line;
};
友元特性
class Point{
friend class Line;
};
友元的单向性
Point把Line认为是自己的朋友
Line因此可以随便用Point的东西
但是Line还没有认为Point是他的朋友,所以Line不许Point去用Line的东西
友元的非传递性
A认为B是他的朋友,B认为C是B的朋友,但是A如果不认识C那么A就不认为C是A的朋友。
友元的非继承性
a的父亲是A,B是A的朋友,但是B不一定是a的朋友
友元最为特殊,不受public/protected/private影响,可以在类的任何位置声明
友元重构(友元运算符重载)
假如有一个类专门用来创建复数对象,我们想让两个复数对象相加
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
class Complex {
public:
Complex()
:_dreal(0)
,_dimage(0)
{
cout << "Complex()" << endl;
}
Complex(const int& dreal, const int& dimage)
:_dreal(dreal)
, _dimage(dimage)
{
cout << "Complex(int,int)" << endl;
}
~Complex()
{
cout << "~Complex" << endl;
}
void print() const
{
cout << _dreal << ' + ' << _dimage << 'i' << endl;
}
private:
int _dreal;
int _dimage;
};
void test0()
{
Complex c1(1, 2);
Complex c2(3, 4);
c1.print();
c2.print();
Complex c3 = c1 + c2;
c3.print();
}
int main()
{
test0();
return 0;
}
我们发现想要用c3保存好相加的结果,是不可行的,无法想string对象一样直接相加,那么string类中是如何实现的
类重构
Complex operator +(const Complex& rhs)
{
Complex temp(0,0);
temp._dreal = this->_dreal + rhs._dreal;
temp._dimage = this->_dimage + rhs._dimage;
return temp;
}
说明
1:+运算符为双目运算符,有左右两个参数,在类中重构时,this指针指向的对象为左参数,参数1指向右参数,this指针作为隐含的参数不需要我们在参数列表内加上他,所以在类中重构+运算符时,只有一个参数
2:函数类型不能带上引用符号,因为我们创建了一个临时对象,返回了右值,无法进行取地址操作,因此中间会多一步拷贝函数(因为一些优化,我们看不到拷贝函数的执行过程)
输出结果
Complex(int,int)
Complex(int,int)
1 + 2i
3 + 4i
Complex(int,int)
4 + 6i
~Complex
~Complex
~Complex
这种在类内部重构的方法一般来说不便于理解,在我们印象中,如果需要重构+应该自己写两个参数才对,而不是一个this指针来代替左参数
全局重构
顾名思义就是在全局区来定义函数,缺点是需要单独在类中开新的函数去访问数据成员
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
class Complex {
public:
Complex()
:_dreal(0)
,_dimage(0)
{
cout << "Complex()" << endl;
}
Complex(const int& dreal, const int& dimage)
:_dreal(dreal)
, _dimage(dimage)
{
cout << "Complex(int,int)" << endl;
}
~Complex()
{
cout << "~Complex" << endl;
}
void print() const
{
cout << _dreal << " + " << _dimage << 'i' << endl;
}
int getdreal() const
{
return _dreal;
}
int getimage() const
{
return _dimage;
}
private:
int _dreal;
int _dimage;
};
//全局重构,需要函数来访问数据成员
Complex operator +(const Complex& lhs,const Complex& rhs)
{
int dreal = lhs.getdreal() + rhs.getdreal();
int dimage = lhs.getimage() + rhs.getimage();
Complex temp(dreal,dimage);
return temp;
}
void test0()
{
Complex c1(1, 2);
Complex c2(3, 4);
c1.print();
c2.print();
Complex c3 = c1 + c2;
c3.print();
}
int main()
{
test0();
return 0;
}
输出结果
Complex(int,int)
Complex(int,int)
1 + 2i
3 + 4i
Complex(int,int)
4 + 6i
~Complex
~Complex
~Complex
那么有什么方法既可以保证函数内参数列表有两个参数,而且不需要另起新的函数去访问数据成员呢
友元重构
用到刚刚掌握的友元,可以在类的外部定义,并且可以直接访问所有成员
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
class Complex {
public:
Complex()
:_dreal(0)
,_dimage(0)
{
cout << "Complex()" << endl;
}
Complex(const int& dreal, const int& dimage)
:_dreal(dreal)
, _dimage(dimage)
{
cout << "Complex(int,int)" << endl;
}
~Complex()
{
cout << "~Complex" << endl;
}
void print() const
{
cout << _dreal << " + " << _dimage << 'i' << endl;
}
friend Complex operator +(const Complex& lhs, const Complex& rhs);
private:
int _dreal;
int _dimage;
};
Complex operator +(const Complex& lhs,const Complex& rhs)
{
int dreal = lhs._dreal + rhs._dreal;
int dimage = lhs._dimage + rhs._dimage;
Complex temp(dreal,dimage);
return temp;
}
void test0()
{
Complex c1(1, 2);
Complex c2(3, 4);
c1.print();
c2.print();
Complex c3 = c1 + c2;
c3.print();
}
int main()
{
test0();
return 0;
}
输出结果
Complex(int,int)
Complex(int,int)
1 + 2i
3 + 4i
Complex(int,int)
4 + 6i
~Complex
~Complex
~Complex