面试题：C++中友元函数与友元类的特性及简单应用

Question

请简述C++友元函数和友元类的特性。假设你有一个包含私有成员变量的类`A`，编写代码实现一个友元函数来访问`A`的私有成员变量，并说明友元函数在实际项目中的常见应用场景。

Answer 1

友元函数和友元类的特性

1. 友元函数：
   • 友元函数不是类的成员函数，但它可以访问类的私有和保护成员。
   • 友元函数的声明需在类定义中使用friend关键字。
   • 它不受类的访问控制符限制，可以在类的任何位置声明。
2. 友元类：
   • 若一个类B被声明为另一个类A的友元类，那么类B的所有成员函数都可以访问类A的私有和保护成员。
   • 友元关系是单向的，若B是A的友元类，并不意味着A是B的友元类。
   • 友元关系不能传递，若B是A的友元类，C是B的友元类，并不意味着C是A的友元类。

代码示例

#include <iostream>

class A {
private:
    int privateVariable;
public:
    A(int value) : privateVariable(value) {}
    // 声明友元函数
    friend void accessPrivate(A& obj);
};

// 友元函数定义
void accessPrivate(A& obj) {
    std::cout << "The private variable value is: " << obj.privateVariable << std::endl;
}

int main() {
    A a(10);
    accessPrivate(a);
    return 0;
}

常见应用场景

1. 运算符重载：当运算符的左操作数不是该类的对象时，可能需要使用友元函数来实现运算符重载。例如，实现ostream& operator<<(ostream& os, const ClassName& obj)来支持自定义类的输出操作。
2. 辅助类：某些辅助类需要频繁访问另一个类的私有成员，将辅助类声明为友元类可以方便地实现这种访问。例如，一个用于调试的类可能需要访问被调试类的私有状态。
3. 数据结构关联：在一些复杂的数据结构中，不同的数据结构类可能需要相互访问对方的私有成员，通过友元关系可以实现这种紧密的交互。