一、为什么要使用友元
对于自定义类型Date类，为了打印Date类的对象，需要我们自己在Date类中写打印函数：
1. void Print() const 2. { 3. cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; 4. }
而内置类型在不写打印重载函数的情况下却能够直接打印：
1. #include<iostream> 2. using namespace std; 3. 4. int main() 5. { 6. int a = 0; 7. cout << a << endl; 8. return 0; 9. }
这是因为库里面对内置类型写了许多运算符重载函数，包括operator>>和operator<<并且能够自动识别类型构成重载，所以内置类型直接能调打印。而自定义类型需要自己写打印函数。
假如库里面对内置类型没有写operator>>和operator<<重载，对于自定义的Date类那就只有在类中自己写operator>>和operator<<重载函数了：
1. #include<iostream> 2. using namespace std; 3. 4. class Date 5. { 6. public: 7. //构造函数 8. Date(int year = 2022, int month = 4, int day = 8) 9. { 10. _year = year; 11. _month = month; 12. _day = day; 13. } 14. 15. //void Date::Print() const 16. //{ 17. // cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; 18. //} 19. 20. void operator<<(ostream& out) 21. { 22. out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; 23. } 24. 25. void operator>>(istream& in) 26. { 27. in>>_year; 28. in >> _month; 29. in >> _day; 30. } 31. 32. private: 33. int _year; 34. int _month; 35. int _day; 36. }; 37. 38. int main() 39. { 40. Date d1; 41. cout << d1; 42. 43. return 0; 44. }
但是用cout<<d1却调用不了<<运算符：
我们需要的是cout<<d1，但是调用operator<<实际上执行的是：
void operator<<(ostream& out) //void operator<<(Date* this, ostream& out)
d1作为this就变成了第一个参数，main函数里面的调用应该是d1<<cout，编译通过：
1. int main() 2. { 3. Date d1; 4. d1 << cout;//我们需要cout<<d1 5. 6. return 0; 7. }
但是d1<<cout的调用不符合我们的习惯，可读性不高，我们需要cout作为第一个参数，这样就会造成d1和cout抢占第一个参数的问题。假如把operator>>和operator<<重载不写在类里面，而是写成全局函数写在Date类外面，我们可以指定参数顺序：
1. #include<iostream> 2. using namespace std; 3. 4. class Date 5. { 6. public: 7. //构造函数 8. Date(int year = 2022, int month = 4, int day = 8) 9. { 10. _year = year; 11. _month = month; 12. _day = day; 13. } 14. 15. private: 16. int _year; 17. int _month; 18. int _day; 19. }; 20. 21. void operator<<(ostream& out,const Date& d) 22. { 23. out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl; 24. } 25. 26. void operator>>(istream& in, const Date& d) 27. { 28. in >> _year; 29. in >> _month; 30. in >> _day; 31. } 32. 33. int main() 34. { 35. Date d1; 36. cout << d1; 37. 38. return 0; 39. }
但会带来访问不了私有成员变量的问题：
如何能够访问到类的私有成员变量，突破类域呢？-------使用友元，友元提供了一种突破封装的方式。友元分为友元函数和友元类。
二、友元函数
友元函数是定义在类外部的普通函数，不属于任何类，但可以直接访问类的私有成员，需要在类的内部使用friend关键字进行声明，类就会把友元函数当作类里面的成员。
1. #include<iostream> 2. using namespace std; 3. 4. class Date 5. { 6. //友元函数 7. friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d); 8. friend istream& operator>>(istream& in, Date& d); 9. 10. public: 11. //构造函数 12. Date(int year = 2022, int month = 4, int day = 8) 13. { 14. _year = year; 15. _month = month; 16. _day = day; 17. } 18. 19. private: 20. int _year; 21. int _month; 22. int _day; 23. }; 24. 25. ostream& operator<<(ostream& out,const Date& d) 26. { 27. out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl; 28. 29. return _cout; 30. } 31. 32. istream& operator>>(istream& in, Date& d) 33. { 34. in >> d._year; 35. in >> d._month; 36. in >> d._day; 37. 38. return in; 39. } 40. 41. int main() 42. { 43. Date d1; 44. cin >> d1; 45. cout << d1 <<endl; 46. 47. return 0; 48. }
（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（const修饰this指针指向的内容，友元函数作为全局函数没有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
（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
三、友元类
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。如下Date类是Time类的友元类，Date类要访问Time类，就要把Date类定义成Time类的友元：
1. class Date; // 前置声明 2. class Time 3. { 4. friend class Date; // 声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就直接访问Time类中的私有成员变量 5. public: 6. Time(int hour = 0, int minute = 0, int second = 0) 7. : _hour(hour) 8. , _minute(minute) 9. , _second(second) 10. {} 11. 12. private: 13. int _hour; 14. int _minute; 15. int _second; 16. }; 17. 18. class Date 19. { 20. public: 21. Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1) 22. : _year(year) 23. , _month(month) 24. , _day(day) 25. {} 26. void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second) 27. { 28. // 直接访问时间类私有的成员变量 29. _t._hour = hour; 30. _t._minute = minute; 31. _t._second = second; 32. } 33. 34. private: 35. int _year; 36. int _month; 37. int _day; 38. Time _t; 39. }; 40. 41. int main() 42. { 43. return 0; 44. }
（1）友元关系是单向的，不具有交换性。
在Time类中，声明Date 类是其友元类，可以在Date类中直接访问Time类的私有成员。但不能在Time中访问Date类中的私有成员。
（2）友元关系不能传递
A是B的友元，B是C的友元，但A不是C的友元。
四、内部类
一个类定义在另一个类的内部，这个内部类就叫做内部类。
内部类和外部类关系：
（1）内部类不属于外部类，更不能通过外部类的对象调用内部类。外部类对内部类没有任何优越的访问权限。
（2）内部类是外部类的友元类，内部类可以通过外部类的对象参数来访问外部类的所有成员，但外部类不是内部类的友元。
1. #include<iostream> 2. using namespace std; 3. 4. class A { 5. private: 6. static int k; 7. int h; 8. public: 9. class B //B是A的内部类，B是A的友元类 10. { 11. public: 12. void foo(const A& a) 13. { 14. cout << k << endl;//内部类可以访问外部类的非公有成员 15. cout << a.h << endl;//普通成员只能通过对象访问，不能通过类名访问 16. } 17. 18. private: 19. int _b; 20. }; 21. }; 22. 23. int A::k = 1; 24. 25. int main() 26. { 27. A::B b; //定义一个内部类对象 28. b.foo(A()); 29. 30. return 0; 31. }
（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
1. int main() 2. { 3. A::B b; 4. b.foo(A()); 5. 6. //由于静态成员变量不在对象中存储，类的大小为非静态成员变量内存对齐的结果,A只有一个非静态成员变量 7. cout << "sizeof(A) = " << sizeof(A) << endl; 8. 9. return 0; 10. }
五、总结
A无论是类还是全局函数，只要A被定义为B的友元，A就可以访问B的非公有成员。
