C++超详细讲解友元与内部类

一.友元

友元分为： 友元函数 和 友元类

友元提供了一种突破封装的方式，有时提供了便利。但是友元会增加耦合度，破坏了封装，所以友元不宜多用。

1.友元函数

（1）引入原因

operator<<：因为cout 的 输出流对象和隐含的 this 指针在抢占第一个参数的位置 。 this 指针默认是第一个参数也就是左操数了。但是实际使用中cout 需要是第一个形参对象，才能正常使用。所以我们要将 operator<< 重载成全局函数。但是这样的话，又会导致类外没办法访问成员，那么这里就需要友元来解决。operator>> 同理。

（2）友元函数作用

友元函数 可以 直接访问 类的 私有 成员，它是 定义在类外部 的 普通函数 ，不属于任何类，但需要在类的内部声明，声明时需要加friend 关键字。

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
	// 友元函数
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
public:
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;
	return out;
}
int main()
{
	Date d;
	//d << cout;
	cout << d;
	return 0;
}

（3）友元函数特征

【1】友元函数 可访问类的私有和保护成员，但 不是类的成员函数

【2】友元函数 不能用 const 修饰（因为没有this指针）

【3】友元函数 可以在类定义的任何地方声明， 不受类访问限定符限制，放在public，private中都行，不放这两个里面放在最前面也行，一般都是定义最前面的

【4】一个函数可以是多个类的友元函数

【5】友元函数的调用与普通函数的调用和原理相同

2.友元类

（1）解释

class Date; // 前置声明：因为编译器是向上查找，在Time类中
class Time
{
    //友元类
	friend class Date; 
声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就可以直接访问Time类中的私有成员变量
public:
	Time(int hour=0, int minute=0, int second = 0)
		: _hour(hour)
		, _minute(minute)
		, _second(second)
	{}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
	{
		// 直接访问时间类私有的成员变量
		_t._hour = hour;
		_t._minute = minute;
		_t._second = second;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time _t;
};

在Date类中有一自定义成员变量Time _t;，成员函数 SetTimeOfDate 想访问 _t 对象的成员变量，因为类Time中的成员变量是私有的，所以正常情况无法访问，则需要借助友元类：

想在Date类中访问Time类对象的私有成员变量，就需要在类Time中声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就可以直接访问Time类中的私有成员变量。

格式：friend class Date;

(在Date类中访问Time类对象的成员变量：在Time类中写日期类声明并在前面加friend)

（2）友元类特征

【1】友元类的所有成员函数都可以是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的非公有成员。

【2】友元关系是单向的，不具有交换性。 比如上述Time类和Date类，在Time类中声明Date类为其友元类，那么可以在Date类中直接访问Time类的私有成员变量，但想在Time类中访问Date类中私有的成员变量则不行。

【3】友元关系不能传递 如果B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元。

二.内部类（不常用）

1.概念

如果一个类定义在另一个类的内部，这个内部类就叫做内部类。

注意：此时这个内部类是一个独立的类，它不属于外部类，更不能通过外部类的对象去调用内部类。外部类对内部类没有任何优越的访问权限。

注意：内部类就是外部类的友元类。注意友元类的定义，内部类可以通过外部类的对象参数来访问外部类中的所有成员。但是外部类不是内部类的友元。

2.特性 

1. 内部类可以定义在外部类的 public 、 protected 、 private 都是可以的。

2. 注意内部类可以直接访问外部类中的 static 、枚举成员，不需要外部类的对象 / 类名。

3. sizeof( 外部类 )= 外部类，和内部类没有任何关系

举例：B是A的内部类，B是A的友元，A不是B的友元，A的大小是4字节，类A的大小不包含静态变量k（存在静态区）和成员函数（存在公共代码段）和内部类B，类A的大小仅仅只有h，所以是4字节。

class A {
private:
	static int k;
	int h;
public:
	class B    //内部类
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			cout << k << endl;    //B可以直接访问A内部成员变量
			cout << a.h << endl;    //B可以直接访问A内部成员变量
		}
	};
};
int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;
    A aa;
    A::B bb;    //定义B的对象时，需要指定是A的类域 A::
	return 0;
}

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