C++的友元和虚函数是什么

这篇文章主要介绍了C++的友元和虚函数是什么的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇C++的友元和虚函数是什么文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。

友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类。虚函数必须是基类的非静态成员函数，其访问权限可以是protected或public。

几点基本知识：

如果类A是类B的友元，则类A(的成员函数)可以直接访问类B的私有成员。

友元不能继承。也就是说，类A是类B的友元，类D是类B的派生类，则类A并不会直接是类D的友元。通俗一点，父亲的朋友，并不天生就是儿子的朋友。

虚函数的基本知识就不说了。

来看下面的几段代码：

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 的友元类，而D是B的派生类。 所以，若想在A中直接访问D的代码，则编译不过：

Code:

class A  {  public:  void test()  {  D d;  d.output(); //编译出错  }  };

这一点大家都没觉得有问题，毕竟书上写得都明白直观：父类的友元，并不会因为继承，而成为派生类的友元。

但若代码改成这样，编译器似乎就被欺骗了：

Code:

class A  {  public:  void test()  {  D d;  B* pb = &d;  pb->output(); //编译通过  }  };

没错，很多人会认为这种代码，就算能通过编译器，也很可能是一种不好的代码，因为它怎么看都像是在欺骗编译器。是这样吗?先不讨论。先问一个问题： 上面的08行代码，output调用的是B类的那个output，还是D类的那个呢?

回答正确并不难——既然会认定这段代码带有“欺骗”性质，而且又注意到output是一个“虚函数”的话——就能能正确地解答： 调用的是D类的。A明明只是B的友元，但却通过一个简单的类型转换，就访问了D类的那个私有函数，所以会觉得这是一种“欺骗”。

如果这是一种欺骗，那我们先来回答这个骗局为什么能成立：因为“友元”的判断(resolve)，在编译期决定;而虚函数在运行期去resolve。在编译08行代码时，编译器看到*pb的类型是B，而A是B的友元，所以允许它调用output(它认为是B::output);而在运行时，由于output是虚函数，所以最终被决定到D::output头上。

一、首先要理解为什么派生类不应该继承基类的"友元"，这一点很多C++的书讲到了

二、其次要理解它的语法机制：前面讲的，一个编译期属性与一个运行期属性相遇了……

三、要理解如果想关掉这一类欺骗，其实做不到。且来看看，该法之一是在编译期，也检查实际调用对象的类型，前面的示例代码不难做到这一点，但下面的代码中，pb来自一个形参：

Code:

A::test_2(B* pb)  {  pb->output(); //很难在编译期反查出pb的实际类型。  //因为调用test_2()的代码，可能无处不在，甚至可能在未来的代码  }

四、要理解有时候，人们其实就是在故意做这种事，最典型的做法，就是通过非虚函数调用虚函数：

Code:

class B  {  public:  void Action()  {  this->DoAction();  }  private:  virtual void DoAction() = 0; //一个私有的纯虚函数  // friend class A;  };

任何一个合格的C++程序员，都应该学会这种作法。DoAction是一个纯虚函数，这里我们更决绝一点，干脆让它是私有的，这就是逼着派生类自己去实现一个完全自我的DoAction()，假设有个class D : public B，并且听话地实现了DoAction。具体D的定义，为节省点篇幅，不写了。

注意到第11行的注释， class A 现在已经不是 B 的友员了，但不要紧，我们只是想在新版的类A中，调用Action函数，而它是public的，所以这里不需要友元来搅和。

Code:

class A  {  void test()  {  B* pb = new D; //pb 实际指向一个D对象。  pb->Action(); // Action 是 公开的，所以可以调用  }  };

pb 调用了非虚的B::Action函数，但在Action内调用了虚函数DoAction，再由于pb实际指向的是D对象，所以最终调用的是D::DoAction()——这了无新意对不对?只要学过一点C++的多态，都会懂这一点。没错，它太司空见惯了，基本上所有C++程序员每天都会在写类似的代码——这就是我想说的，有时候，看起来在调用基类的代码，但实际上在调用派生类的代码。假设我们修改了语法规则，逼着虚函数在遇上友元之后失效，那就是逼着程序员不去用friend，去将更多本来应该是private的成员，用各种该法写成public的。

五、接着，是一个看起来很简单，但却被很多人误解的概念：友元是破坏了封装了吗?错，友元其实是促进了更好的封装。它基于这样的需求：有一个类，它有那么几个成员(数据或函数)，它只能对个别的其它类公开，这时，你可以考虑使用友元这项技术。如果不用，会有很多人就把那些成员直接修改为public，结果：原本应只对个别类开放的属性，变成对所有类开放了。俗气一点，法律规定老婆可以在私有场合下看老公的屁屁，如果法律强制规定不允许有这种例外，那很可能会有一些哥们，直接把屁股public出来就上街了——你若问他为什么，他也很无辜：我不过是想让我老婆方便一些。

六、读了第五点，对OO有一套的C++程序员要“笔试/鄙视”我了，好，好，我知道既使不用friend的属性，也可以美满地实现前述的，类似老婆看老公屁股的问题——我是说，通过OO技术，避开需要只对部分类开放权限的需求，而转化为第三方(比如某个接口及它的实现类)中——不管如何，你必须承认友元没有破坏封装性，因为其它解决这一问题的的，似乎更纯粹的OO技术，它们美好的地方是在于更细的类颗粒，以及更好的类组织(不美好地方是，效率差了点，以及对OO思想非得有点水准，否则会绕晕掉，为了不让Cer笑话，我们不提太多)。

七、不过，纵算如此(第六点)，我还是是狡辩一句：就算是在那些看起来很纯的OO语言里，其实也有友元的影子啊。比如Java，是没有friend关键字，可以它的内部类(非静态的内部类)，可以直接访问外部类，难道不是友元吗?——事实上，这也正是在C++使用friend最主旋律的用法(我甚至不用写“之一”)。再如Object Pascal(Delphi)，是没有friend关键字，可是只要是位于同一个代码单元(就是同一个.pas文件)，则其中所有类天生就是可以互相访问啊(当然，需首先满足可见性)——这是当年我用Delphi时觉得最爽的地方之一了，既然号称更OO的语言都留了一手，为何C++不能呢? ：)

八、第七点明显带有情绪化，这不符合C++之父对我们的期望： “ 在C++设计中有一条指导原则，那就是，无论做什么事情，都必须相信程序员。与可能出现什么样的错误相比，更重要得多的是能做出什么好事情。C++程序员总被看作是成年人……” 。在C++的大千世界，差异性永远被尊重， 有人不爱用template，那不用就是; 有人坚决认为只要有private和public就足够了，那就把protected忘记吧，甚至有人认为virtual也是多余的——很多人就是把C++当成另一种C使用，那都可以接受。friend也一样，如果你不用，它的存在并不会给你带来什么性能损失，你要做的就是用很OO或很不OO的，但是你熟悉的方法去满足友元的需求而已。

九、一定要这个第9点。 除了友元类，更常见的其实是友元函数。很多操作符的重载，都需要全局的友元函数来减轻相关类的public出太多成员。这一下扯到“操作符重载”有用吗?哇，这是另外一个经典的问题了，它曾经引起的纠纷，比这个“友元”所带来的，要热闹上几倍呢。就此打住。

十、***一点，C++初学者如何学习这门语言众多的，又容易产生正交效应的特性呢?我有个建议：先有个基本了解，做点练习，但并不需要急着真正使用。

友元的作用是提高了程序的运行效率，即减少了类型检查和安全性检查等都需要时间开销，但它破坏了类的封装性和隐藏性，使得非成员函数可以访问类的私有成员。而虚函数的作用则是为了实现多态。

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