面试题：C++中通过友元类实现对象间数据共享的利弊

Question

阐述在C++里利用友元类实现对象间数据共享的原理。分析这种方式的优点和缺点，同时举例说明在实际项目场景中什么时候使用友元类进行数据共享是合适的，什么时候不合适。

Answer 1

友元类实现对象间数据共享的原理

在C++中，友元类允许一个类访问另一个类的私有和保护成员。当一个类A声明另一个类B为其友元类时，类B的所有成员函数都可以访问类A的私有和保护成员。这打破了类的封装性，使得类之间可以共享原本对外隐藏的数据。

优点

1. 提高代码的灵活性：可以在不改变类的继承结构的情况下，让特定的类访问其私有成员，方便在不同类之间进行数据交互。
2. 简化复杂操作：对于一些紧密相关的类，通过友元类可以简化它们之间数据访问和操作的代码，提高效率。

缺点

1. 破坏封装性：违反了面向对象编程的封装原则，使得类的内部数据暴露给其他类，降低了类的独立性和可维护性。
2. 增加耦合度：友元关系使得两个类之间的联系过于紧密，一个类的修改可能会影响到另一个类，不利于代码的扩展和维护。

合适使用场景

1. 数据结构辅助类：例如，链表类（LinkedList）和链表节点类（Node），链表类需要频繁操作节点类的私有数据（如指向下一节点的指针），将链表类声明为节点类的友元类，可以方便地进行操作。

class Node {
    int data;
    Node* next;
    friend class LinkedList;
public:
    Node(int d) : data(d), next(nullptr) {}
};

class LinkedList {
    Node* head;
public:
    LinkedList() : head(nullptr) {}
    void addNode(int d);
};

void LinkedList::addNode(int d) {
    Node* newNode = new Node(d);
    newNode->next = head;
    head = newNode;
}

2. 工具类与目标类：比如日志记录类（Logger）和应用程序主类（App），日志记录类可能需要访问应用程序主类中的一些关键状态信息来记录详细日志，将日志记录类声明为应用程序主类的友元类可以实现此功能。

不合适使用场景

1. 通用库类：如果一个类是通用库的一部分，将其他类声明为友元类会破坏库的封装性，使其难以在不同环境中复用。
2. 层次结构清晰的类体系：在具有清晰继承和层次关系的类体系中，通过友元类共享数据可能会破坏类之间的层次关系，导致代码混乱。例如，在一个游戏开发中，不同类型的游戏对象类（如玩家类、怪物类）通过继承一个基类GameObject，如果随意使用友元类共享数据，会破坏这种继承体系的逻辑性和维护性。