Friend declaration in C++ - difference between public and private

在C++中，友元声明是一种允许某些外部函数或类访问当前类中的私有（private）和受保护（protected）成员的机制。友元可以被声明在类的公共（public）区域或私有（private）区域中，但无论声明在哪里，它们的效果都是相同的。也就是说，友元的访问级别不受它们被声明在公共区域或私有区域的影响。友元的关键作用是突破封装性，允许特定的外部函数或类直接访问类的内部成员。

公共 vs 私有友元

尽管友元的访问性不受其声明位置（公共或私有区域）的影响，但声明友元的位置通常反映了设计者的意图和代码的可读性。

• 公共区域声明友元： 将友元函数声明在公共区域，通常意味着这些友元关系对于理解类的外部接口是重要的。例如，如果一个类表示一个复杂数，它可能会将一些全局函数（如加法和乘法运算符）声明为其友元，以允许这些函数直接访问私有成员变量。

  cpp
  class Complex {
   public:
    friend Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2);
    friend Complex operator*(const Complex& c1, const Complex& c2);
  
   private:
    double real, imag;
  };

• 私有区域声明友元： 虽然这种做法较少见，但有时将友元声明在私有区域可以增加代码的封装性和安全性。这表明这些友元关系是类实现的私有细节，普通用户不需要关心这些细节。这样做可以减少类公共接口的复杂性。

  cpp
  class Widget {
   public:
    // ... 公共接口 ...
  
   private:
    friend class WidgetHelper;  // 只有WidgetHelper可以访问Widget的私有部分
    int data;
  };

示例：使用友元

以下是一个使用友元函数的例子，演示了如何允许外部函数访问类的私有数据。

cpp
#include <iostream>

class Box {
 private:
  double width;

 public:
  Box(): width(0) {}
  friend void printWidth(const Box& b);
};

void printWidth(const Box& b) {
  std::cout << "Width of box: " << b.width << std::endl;
}

int main() {
  Box box;
  printWidth(box);  // 正确，因为printWidth是Box的一个友元
  return 0;
}

在这个例子中，即使printWidth函数尝试访问Box类的私有成员width，它也是允许的，因为printWidth被声明为Box的友元。这显示了友元功能强大的封装突破能力。