前些天d2school QQ群里有網(wǎng)友在討論這一內(nèi)容，我試圖做個(gè)整理。
幾點(diǎn)基本知識(shí)：
1、如果類(lèi)A是類(lèi)B的友元，則類(lèi)A(的成員函數(shù))可以直接訪問(wèn)類(lèi)B的私有成員。
2、友元不能繼承。也就是說(shuō)，類(lèi)A是類(lèi)B的友元，類(lèi)D是類(lèi)B的派生類(lèi)，則類(lèi)A并不會(huì)直接是類(lèi)D的友元。通俗一點(diǎn)，父親的朋友，并不天生就是兒子的朋友。
3、虛函數(shù)的基本知識(shí)就不說(shuō)了。
來(lái)看下面的幾段代碼：
Code:
1. class A;
2.
3. class B
4. {
5. private:
6. virtual void output()
7. {
8. cout << "B::output" << endl;
9. }
10.
11. friend class A;
12. };
13.
14. class D : public B
15. {
16. private:
17. virtual void output()
18. {
19. cout << "D::output" << endl;
20. }
21. };
A 是 B 的友元類(lèi)， 而D是B的派生類(lèi)。 所以，若想在A中直接訪問(wèn)D的代碼，則編譯不過(guò)：
Code:
1. class A
2. {
3. public:
4. void test()
5. {
6. D d;
7. d.output();
8. }
9. };
這一點(diǎn)大家都沒(méi)覺(jué)得有問(wèn)題，畢竟書(shū)上寫(xiě)得都明白直觀：父類(lèi)的友元，并不會(huì)因?yàn)槔^承，而成為派生類(lèi)的友元。
但若代碼改成這樣，編譯器似乎就被欺騙了：
Code:
1. class A
2. {
3. public:
4. void test()
5. {
6. D d;
7. B* pb = &d;
8. pb->output();
9. }
10. };
沒(méi)錯(cuò)，很多人會(huì)認(rèn)為這種代碼，就算能通過(guò)編譯器，也很可能是一種不好的代碼，因?yàn)樗趺纯炊枷袷窃谄垓_編譯器。是這樣嗎？先不討論。先問(wèn)一個(gè)問(wèn)題：上面的08行代碼，output調(diào)用的是B類(lèi)的那個(gè)output，還是D類(lèi)的那個(gè)呢？
回答正確并不難——既然會(huì)認(rèn)定這段代碼帶有“欺騙”性質(zhì)，而且又注意到output是一個(gè)“虛函數(shù)”的話——就能能正確地解答： 調(diào)用的是D類(lèi)的。A明明只是B的友元，但卻通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的類(lèi)型轉(zhuǎn)換，就訪問(wèn)了D類(lèi)的那個(gè)私有函數(shù)，所以會(huì)覺(jué)得這是一種“欺騙”。
如果這是一種欺騙，那我們先來(lái)回答這個(gè)騙局為什么能成立：因?yàn)?span lang="EN-US">“友元”的判斷(resolve)，在編譯期決定；而虛函數(shù)在運(yùn)行期去resolve。在編譯08行代碼時(shí)，編譯器看到*pb的類(lèi)型是B，而A是B的友元，所以允許它調(diào)用output（它認(rèn)為是B::output）；而在運(yùn)行時(shí)，由于output是虛函數(shù)，所以最終被決定到D::output頭上。
沒(méi)時(shí)間細(xì)查手頭的《The Design and Evolution fo C++》，但不管這樣的設(shè)計(jì)是有意為之，還是無(wú)奈之舉，或者僅僅是C++眾多的特性“正交”現(xiàn)象之一，我個(gè)人覺(jué)得這個(gè)特性其實(shí)正是我們想要的。
一、首先要理解為什么派生類(lèi)不應(yīng)該繼承基類(lèi)的"友元"，這一點(diǎn)很多C++的書(shū)講到了
二、其次要理解它的語(yǔ)法機(jī)制：前面講的，一個(gè)編譯期屬性與一個(gè)運(yùn)行期屬性相遇了……
三、要理解如果想關(guān)掉這一類(lèi)欺騙，其實(shí)做不到。且來(lái)看看，該法之一是在編譯期，也檢查實(shí)際調(diào)用對(duì)象的類(lèi)型，前面的示例代碼不難做到這一點(diǎn)，但下面的代碼中，pb來(lái)自一個(gè)形參：
Code:
1. A::test_2(B* pb)
2. {
3. pb->output();
4.
5. }
四、要理解有時(shí)候，人們其實(shí)就是在故意做這種事，最典型的做法，就是通過(guò)非虛函數(shù)調(diào)用虛函數(shù)：
Code:
1. class B
2. {
3. public:
4. void Action()
5. {
6. this->DoAction();
7. }
8. private:
9. virtual void DoAction() = 0;
10.
11. // friend class A;
12. };
任何一個(gè)合格的C++程序員，都應(yīng)該學(xué)會(huì)這種作法。DoAction是一個(gè)純虛函數(shù)，這里我們更決絕一點(diǎn)，干脆讓它是私有的，這就是逼著派生類(lèi)自己去實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全自我的DoAction()，假設(shè)有個(gè)class D : public B，并且聽(tīng)話地實(shí)現(xiàn)了DoAction。具體D的定義，為節(jié)省點(diǎn)篇幅，不寫(xiě)了。
注意到第11行的注釋?zhuān)?span lang="EN-US"> class A 現(xiàn)在已經(jīng)不是 B 的友員了，但不要緊，我們只是想在新版的類(lèi)A中，調(diào)用Action函數(shù)，而它是public的，所以這里不需要友元來(lái)攪和。
Code:
1. class A
2. {
3. void test()
4. {
5. B* pb = new D;
6. pb->Action();
7. }
8. };
pb 調(diào)用了非虛的B::Action函數(shù)，但在Action內(nèi)調(diào)用了虛函數(shù)DoAction，再由于pb實(shí)際指向的是D對(duì)象，所以最終調(diào)用的是D::DoAction()——這了無(wú)新意對(duì)不對(duì)？只要學(xué)過(guò)一點(diǎn)C++的多態(tài)，都會(huì)懂這一點(diǎn)。沒(méi)錯(cuò)，它太司空見(jiàn)慣了，基本上所有C++程序員每天都會(huì)在寫(xiě)類(lèi)似的代碼——這就是我想說(shuō)的，有時(shí)候，看起來(lái)在調(diào)用基類(lèi)的代碼，但實(shí)際上在調(diào)用派生類(lèi)的代碼。假設(shè)我們修改了語(yǔ)法規(guī)則，逼著虛函數(shù)在遇上友元之后失效，那就是逼著程序員不去用friend，去將更多本來(lái)應(yīng)該是private的成員，用各種該法寫(xiě)成public的。
五、接著，是一個(gè)看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但卻被很多人誤解的概念：友元是破壞了封裝了嗎？錯(cuò)，友元其實(shí)是促進(jìn)了更好的封裝。它基于這樣的需求：有一個(gè)類(lèi)，它有那么幾個(gè)成員(數(shù)據(jù)或函數(shù))，它只能對(duì)個(gè)別的其它類(lèi)公開(kāi)，這時(shí)，你可以考慮使用友元這項(xiàng)技術(shù)。如果不用，會(huì)有很多人就把那些成員直接修改為public，結(jié)果：原本應(yīng)只對(duì)個(gè)別類(lèi)開(kāi)放的屬性，變成對(duì)所有類(lèi)開(kāi)放了。俗氣一點(diǎn)，法律規(guī)定老婆可以在私有場(chǎng)合下看老公的屁屁，如果法律強(qiáng)制規(guī)定不允許有這種例外，那很可能會(huì)有一些哥們，直接把屁股public出來(lái)就上街了——你若問(wèn)他為什么，他也很無(wú)辜：我不過(guò)是想讓我老婆方便一些。
六、讀了第五點(diǎn)，對(duì)OO有一套的C++程序員要“筆試/鄙視”我了，好，好，我知道既使不用friend的屬性，也可以美滿地實(shí)現(xiàn)前述的，類(lèi)似老婆看老公屁股的問(wèn)題——我是說(shuō)，通過(guò)OO技術(shù)，避開(kāi)需要只對(duì)部分類(lèi)開(kāi)放權(quán)限的需求，而轉(zhuǎn)化為第三方（比如某個(gè)接口及它的實(shí)現(xiàn)類(lèi)）中——不管如何，你必須承認(rèn)友元沒(méi)有破壞封裝性，因?yàn)槠渌鉀Q這一問(wèn)題的的，似乎更純粹的OO技術(shù)，它們美好的地方是在于更細(xì)的類(lèi)顆粒，以及更好的類(lèi)組織（不美好地方是，效率差了點(diǎn)，以及對(duì)OO思想非得有點(diǎn)水準(zhǔn)，否則會(huì)繞暈掉，為了不讓Cer笑話，我們不提太多）。
七、不過(guò)，縱算如此（第六點(diǎn)），我還是是狡辯一句：就算是在那些看起來(lái)很純的OO語(yǔ)言里，其實(shí)也有友元的影子啊。比如Java，是沒(méi)有friend關(guān)鍵字，可以它的內(nèi)部類(lèi)（非靜態(tài)的內(nèi)部類(lèi)），可以直接訪問(wèn)外部類(lèi)，難道不是友元嗎？——事實(shí)上，這也正是在C++使用friend最主旋律的用法（我甚至不用寫(xiě)“之一”）。再如Object Pascal(Delphi)，是沒(méi)有friend關(guān)鍵字，可是只要是位于同一個(gè)代碼單元（就是同一個(gè).pas文件），則其中所有類(lèi)天生就是可以互相訪問(wèn)啊（當(dāng)然，需首先滿足可見(jiàn)性）——這是當(dāng)年我用Delphi時(shí)覺(jué)得最爽的地方之一了，既然號(hào)稱(chēng)更OO的語(yǔ)言都留了一手，為何C++不能呢？ ：）
八、第七點(diǎn)明顯帶有情緒化，這不符合C++之父對(duì)我們的期望： “ 在C++設(shè)計(jì)中有一條指導(dǎo)原則，那就是，無(wú)論做什么事情，都必須相信程序員。與可能出現(xiàn)什么樣的錯(cuò)誤相比，更重要得多的是能做出什么好事情。C++程序員總被看作是成年人……” 。在C++的大千世界，差異性永遠(yuǎn)被尊重，有人不愛(ài)用template，那不用就是； 有人堅(jiān)決認(rèn)為只要有private和public就足夠了，那就把protected忘記吧，甚至有人認(rèn)為virtual也是多余的——很多人就是把C++當(dāng)成另一種C使用，那都可以接受。friend也一樣，如果你不用，它的存在并不會(huì)給你帶來(lái)什么性能損失，你要做的就是用很OO或很不OO的，但是你熟悉的方法去滿足友元的需求而已。
九、一定要這個(gè)第9點(diǎn)。除了友元類(lèi)，更常見(jiàn)的其實(shí)是友元函數(shù)。很多操作符的重載，都需要全局的友元函數(shù)來(lái)減輕相關(guān)類(lèi)的public出太多成員。這一下扯到“操作符重載”有用嗎？哇，這是另外一個(gè)經(jīng)典的問(wèn)題了，它曾經(jīng)引起的糾紛，比這個(gè)“友元”所帶來(lái)的，要熱鬧上幾倍呢。就此打住。
十、最后一點(diǎn)，C++初學(xué)者如何學(xué)習(xí)這門(mén)語(yǔ)言眾多的，又容易產(chǎn)生正交效應(yīng)的特性呢？我有個(gè)建議：先有個(gè)基本了解，做點(diǎn)練習(xí)，但并不需要急著真正使用。