When should you use ' friend ' in C++?

在C++编程中，“friend”关键字的使用在特定情况下非常有用，它主要用来赋予某些外部函数或者其他类访问当前类的私有（private）或受保护（protected）成员的能力。这通常用于以下几种情况：

1. 操作符重载：当需要为类重载某些操作符时，通常会使用友元函数。例如，重载输入输出操作符（<< 和 >>），因为这些操作符的左操作数通常需要是一个流对象，而不是我们自定义的类型。

   示例：

   cpp
   class Complex {
   private:
       double real, imag;
   public:
       Complex(double r=0.0, double i=0.0) : real(r), imag(i) {}
       friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Complex& c);
   };
   
   std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Complex& c) {
       out << c.real << "+" << c.imag << "i";
       return out;
   }

2. 实现类的工具函数：当你有一些实用的全局函数，需要访问类的私有数据成员时，可以将这些函数定义为友元函数。

   示例：

   cpp
   class Rectangle {
   private:
       double width, height;
   public:
       Rectangle(double w=0.0, double h=0.0) : width(w), height(h) {}
       friend double area(const Rectangle& r);
   };
   
   double area(const Rectangle& r) {
       return r.width * r.height;
   }

3. 实现两个类之间的紧密协作：有时两个类互相需要访问对方的私有成员，但你又不想公开这些成员。在这种情况下，可以通过将一个类声明为另一个类的友元来实现这一点。

   示例：

   cpp
   class ClassA {
       friend class ClassB;  // ClassB是ClassA的友元
   private:
       int data;
   public:
       ClassA() : data(100) {}
   };
   
   class ClassB {
   public:
       void function(const ClassA& a) {
           std::cout << "Data: " << a.data << std::endl;  // 可以访问ClassA的私有数据
       }
   };

使用“friend”关键字可以提高程序的灵活性和效率，但同时需要小心，因为它破坏了类的封装性和数据隐藏，可能导致代码更难维护和理解。因此，建议仅在确实必要时使用友元关系。