理解C++中的friend class

一、friend class的概念

C++中的friend关键字用于在类定义中声明其他类或函数为友元，这样它们就可以访问类的私有成员。而friend class则用于声明一整个类为友元。

当一个类被声明为另一个类的友元时，它可以访问该类的私有成员，但并不具备该类的成员函数或方法。而当一个类被声明为另一个类的friend class时，它可以访问该类的私有成员和成员函数或方法。

二、friend class的使用场景

friend class的使用场景多种多样，下面介绍其中两种典型的情境。

1.友元类与封装的关系：

class Box
{
private:
    int length;
    int width;
    int height;

public:
    Box(int l = 0, int w = 0, int h = 0) 
    {
       length = l;
       width = w;
       height = h;
    }

    friend class BoxVolume; // 声明BoxVolume类为Box的友元类
};

class BoxVolume
{
public:
    int getVolume(Box &box) {
        return box.length * box.width * box.height;
    }
};

在上面的示例中，我们声明BoxVolume类为Box类的友元类，这样BoxVolume类就可以访问Box类的私有成员length、width和height，并利用它们计算出Box的体积。

2.友元类与继承的关系：

class Fruit
{
protected: // 注意这里使用protected而不是private
    int weight;

public:
    Fruit(int w) : weight(w) {}

    void showWeight() {
        std::cout << "Fruit's weight is: " << weight << std::endl;
    }

    friend class Apple; // 声明Apple类为Fruit的友元类
};

class Apple : public Fruit
{
public:
    Apple(int w) : Fruit(w) {}

    void showWeight() {
        std::cout << "Apple's weight is: " << weight << std::endl;
    }

    void showFruitWeight(Fruit &fruit) {
        std::cout << "Fruit's weight is: " << fruit.weight << std::endl;
    }
};

在上面的示例中，我们声明Apple类为Fruit类的友元类，这样Apple类就可以访问Fruit类的受保护成员weight，并将其作为Apple类自己的成员使用。

三、friend class的优缺点

friend class的优点在于它可以加强类与类之间的关系，提供更为灵活的访问权限控制。在某些场景下，如上面两个示例所示，friend class可以极大地简化类的实现过程，提高程序的执行效率。

然而，friend class也存在缺点。首先，它破坏了面向对象的封装性，让友元类得以在类内直接访问另一个类的私有成员和方法，导致程序难以维护和拓展。其次，使用friend关键字增加了代码复杂度，需要更多的注释和说明。

四、总结

friend class是C++面向对象编程中一个非常有用的概念，可以提高程序的执行效率和灵活性，但也需要注意封装性及代码复杂度。在使用friend class时，需要对其使用的场景和影响进行合理的权衡和把握。