面试题：C++ 友元类引发的访问控制风险

Question

假设你在一个大型项目中使用了友元类，阐述可能带来的访问控制方面的风险有哪些。如何在设计类结构时尽量降低这些风险？

Answer 1

友元类带来的访问控制风险

1. 破坏封装性：
   • 友元类可以访问另一个类的私有和保护成员，这直接打破了类的封装原则。封装的目的是将数据和实现细节隐藏起来，只对外提供必要的接口。友元类的存在使得外部类能直接访问内部细节，若在大型项目中大量使用，代码的可维护性和可理解性会降低，因为其他开发者可能不清楚哪些类可以访问这些私有成员。
2. 增加耦合度：
   • 友元关系使得两个类之间的联系变得更加紧密。一个类的内部实现改变（比如私有成员的修改），可能会影响到它的友元类，导致友元类也需要相应修改。在大型项目中，这可能引发连锁反应，增加了系统维护和重构的难度。
3. 安全隐患：
   • 如果友元类被恶意使用（例如在多线程环境下或代码被篡改时），可能会非法访问和修改目标类的私有成员，破坏数据的完整性和一致性，对整个项目的稳定性和安全性构成威胁。

降低风险的设计方法

1. 最小化友元关系：
   • 仅在确实必要时才使用友元类，避免滥用。例如，只有当一个类需要频繁且直接访问另一个类的内部状态，且这种访问通过正常接口无法高效实现时，才考虑友元关系。
2. 限制友元类的访问权限：
   • 如果可能，为友元类提供有限的访问接口。比如，在目标类中定义专门的成员函数供友元类调用，这些函数只提供必要的操作，而不是让友元类可以随意访问所有私有成员。
3. 清晰的文档说明：
   • 在代码中清晰地文档化友元关系，说明为什么某个类是另一个类的友元，以及友元类可以进行哪些操作。这样其他开发者在阅读和维护代码时能快速理解这种特殊关系，降低误操作的风险。
4. 采用依赖注入或代理模式：
   • 有时可以通过依赖注入的方式，将需要访问的功能以接口的形式传递给类，而不是使用友元类直接访问。或者使用代理模式，代理类可以控制对目标类内部成员的访问，从而在一定程度上保护目标类的封装性。