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理解 C++ 中的友元（Friend）

在 C++ 语言中，封装（Encapsulation） 是面向对象编程的重要特性之一。它允许类将数据隐藏在私有（private）或受保护（protected）成员中，防止外部直接访问。然而，在某些情况下，我们希望某些函数或类能够访问这些私有成员，而不破坏封装性。这时，我们就需要友元（Friend）。

1. 什么是友元？

友元（friend） 是 C++ 提供的一种机制，它允许一个函数或另一个类访问某个类的私有和受保护成员。友元有三种类型：

友元函数（Friend Function）
友元类（Friend Class）
友元成员函数（Friend Member Function）

2. 友元函数

友元函数是一个非成员函数，但它可以访问类的私有和受保护成员。要声明友元函数，需要在类内部使用 friend 关键字。

示例：友元函数

#include <iostream>
using namespace std;class Box {
private:double width;public:Box(double w) : width(w) {}// 声明友元函数friend void printWidth(const Box &b);
};// 定义友元函数
void printWidth(const Box &b) {cout << "Width: " << b.width << endl;
}int main() {Box b(10.5);printWidth(b);return 0;
}

在上面的示例中，printWidth 不是 Box 类的成员函数，但由于它被声明为 friend，它可以访问 Box 的私有成员 width。

3. 友元类

友元类允许一个类访问另一个类的私有和受保护成员。

示例：友元类

#include <iostream>
using namespace std;class Engine {
private:int horsepower;public:Engine(int hp) : horsepower(hp) {}// 声明 Car 为友元类friend class Car;
};class Car {
public:void showEnginePower(const Engine &e) {cout << "Engine horsepower: " << e.horsepower << endl;}
};int main() {Engine e(150);Car c;c.showEnginePower(e);return 0;
}

在这个例子中，Car 是 Engine 的友元类，因此它可以访问 Engine 类的私有成员 horsepower。

4. 友元成员函数

我们还可以只将另一个类的某个成员函数设为友元，而不是整个类。

示例：友元成员函数

#include <iostream>
using namespace std;class Engine;class Car {
public:void showEnginePower(const Engine &e);
};class Engine {
private:int horsepower;public:Engine(int hp) : horsepower(hp) {}// 声明 Car::showEnginePower 为友元friend void Car::showEnginePower(const Engine &e);
};void Car::showEnginePower(const Engine &e) {cout << "Engine horsepower: " << e.horsepower << endl;
}int main() {Engine e(200);Car c;c.showEnginePower(e);return 0;
}

这里 Car::showEnginePower 是 Engine 的友元成员函数，因此它可以访问 Engine 的私有成员。