理解C++中的friend class

一、friend class的概念

C++中的friend關鍵字用於在類定義中聲明其他類或函數為友元，這樣它們就可以訪問類的私有成員。而friend class則用於聲明一整個類為友元。

當一個類被聲明為另一個類的友元時，它可以訪問該類的私有成員，但並不具備該類的成員函數或方法。而當一個類被聲明為另一個類的friend class時，它可以訪問該類的私有成員和成員函數或方法。

二、friend class的使用場景

friend class的使用場景多種多樣，下面介紹其中兩種典型的情境。

1.友元類與封裝的關係：

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; // 聲明BoxVolume類為Box的友元類
};

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

在上面的示例中，我們聲明BoxVolume類為Box類的友元類，這樣BoxVolume類就可以訪問Box類的私有成員length、width和height，並利用它們計算出Box的體積。

2.友元類與繼承的關係：

class Fruit
{
protected: // 注意這裡使用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; // 聲明Apple類為Fruit的友元類
};

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，我們聲明Apple類為Fruit類的友元類，這樣Apple類就可以訪問Fruit類的受保護成員weight，並將其作為Apple類自己的成員使用。

三、friend class的優缺點

friend class的優點在於它可以加強類與類之間的關係，提供更為靈活的訪問權限控制。在某些場景下，如上面兩個示例所示，friend class可以極大地簡化類的實現過程，提高程序的執行效率。

然而，friend class也存在缺點。首先，它破壞了面向對象的封裝性，讓友元類得以在類內直接訪問另一個類的私有成員和方法，導致程序難以維護和拓展。其次，使用friend關鍵字增加了代碼複雜度，需要更多的注釋和說明。

四、總結

friend class是C++面向對象編程中一個非常有用的概念，可以提高程序的執行效率和靈活性，但也需要注意封裝性及代碼複雜度。在使用friend class時，需要對其使用的場景和影響進行合理的權衡和把握。