程序设计教程：用C++语言编程 第4版 课件 3-2 友元

友元友元根据数据封装的要求：类中定义的数据成员不能在外界直接访问，必须要通过类中定义的public成员函数来访问。在有些情况下，这种对数据的访问方式效率不高！为了提高在类的外部对类的非public成员的访问效率，在C++中，可以指定某些与一个类密切相关的、又不适合作为该类成员的程序实体能直接访问该类的非public成员，这些程序实体称为该类的友元。友元是数据保护和数据访问效率之间的一种折衷方案。友元需要在类中用friend显式指出，它们可以是全局函数其它类的所有成员函数其它类的某个成员函数例如：classA{ ......

friendvoidfunc();//全局函数func可访问x

friendclassB;//类B的所有成员函数可访问x

friendvoidC::f();//类C的成员函数f可访问xprivate:intx;};

关于友元的几点说明友元不是一个类的成员。友元关系具有不对称性。例如：假设B是A的友元，如果没有显式指出A是B的友元，则A不是B的友元。友元也不具有传递性。例如：假设C是B的友元、B是A的友元，如果没有显式指出C是A的友元，则C不是A的友元。例：实现矩阵与向量相乘操作矩阵类的定义classMatrix//矩阵类{ int*p_data;//表示矩阵数据

introw,col;//表示矩阵的行数和列数

public: Matrix(intr,intc) { if(r<=0||c<=0) { cerr<<"矩阵尺寸不合法！\n"; exit(-1); } row=r; col=c; p_data=newint[row*col]; for(inti=0;i<row*col;i++)p_data[i]=0; } ~Matrix() {delete[]p_data;} int&element(inti,intj)//访问矩阵元素。

{ if(i<0||i>=row||j<0||j>=col) { cerr<<"矩阵下标越界\n"; exit(-1); } return*(p_data+i*col+j); }intelement(inti,intj)const//重载的特殊情况！//访问矩阵元素（为常量对象而提供）。

{ if(i<0||i>=row||j<0||j>=col) { cerr<<"矩阵下标越界\n"; exit(-1); } return*(p_data+i*col+j); }Matrixm(10,10);......m.element(1,2)=m.element(1,2)+1;voidf(constMatrix&m){intx;x=m.element(1,2)*10+1;} intdimension_row()const//获得矩阵的行数。

{ returnrow; } intdimension_column()const//获得矩阵的列数。

{ returncol; }

voidinput_data()//输入矩阵数据 { for(inti=0;i<row*col;i++) cin>>p_data[i]; } voiddisplay()const//显示矩阵元素。

{ int*p=p_data; for(inti=0;i<row;i++) { for(intj=0;j<col;j++) {cout<<*p<<''; p++; } cout<<endl; } }};向量类的定义classVector//向量类{ int*p_data; intnum; public: Vector(intn) { if(n<=0) { cerr<<"向量尺寸不合法！\n"; exit(-1); } num=n; p_data=newint[num];

for(inti=0;i<num;i++)p_data[i]=0; } ~Vector() { delete[]p_data; } int&element(inti)//访问向量元素。

{ if(i<0||i>=num) { cerr<<"向量下标越界！\n"; exit(-1); } returnp_data[i]; } intelement(inti)const//访问向量元素（为常量对象而提供）。

{ if(i<0||i>=num) { cerr<<"向量下标越界！\n"; exit(-1); } returnp_data[i]; } intdimension()const//返回向量的尺寸。

{ returnnum; }

voidinput_data()//输入向量数据

{ for(inti=0;i<num;i++)

cin>>p_data[i];

} voiddisplay()const//显示向量元素。

{ int*p=p_data; for(inti=0;i<num;i++,p++) cout<<*p<<''; cout<<endl; }};矩阵与向量对象的创建 introw,column;//矩阵的行数、列数 cin>>row>>column; Matrixm(row,column);//创建矩阵对象m m.input_data();//输入矩阵m的数据 m.display();//显示矩阵m的数据

intdim;//向量元素个数

cin>>dim;

Vectorv(dim);//创建向量对象v v.input_data();//输入向量v的数据

v.display();//显示向量v的数据编写一个函数multiply，实现矩阵与向量相乘的操作：

voidmultiply(constMatrix&m,

constVector&v,

Vector&r); 参数m：用于相乘的矩阵参数v：用于相乘的向量参数r：相乘的结果向量voidmultiply(constMatrix&m,constVector&v, Vector&r)//矩阵与向量相乘。{ if(m.dimension_column()!=v.dimension()|| m.dimension_row()!=r.dimension()) {cerr<<"矩阵和向量的尺寸不匹配！\n"; exit(-1); } introw=m.dimension_row(),col=m.dimension_column(); for(inti=0;i<row;i++) {r.element(i)=0; for(intj=0;j<col;j++)//计算r[i] r.element(i)+=m.element(i,j)*v.element(j); }}由于频繁地通过调用成员函数element来访问矩阵和向量的元素，每一次调用中都要检查下标的合法性，因此效率不高！multiply的实现1（非友元）multiply的实现2（友元）把multiply说明成Matrix和Vector的友元classVector;//Vector的声明（由于在定义它前需要用到它）classMatrix{ ......

friendvoidmultiply(constMatrix&m,constVector&v,

Vector&r);//这里提前用到Vector。};classVector{ ......

friendvoidmultiply(constMatrix&m,constVector&v,

Vector&r);};在multiply中直接访问Matrix和Vector的私有数据成员voidmultiply(constMatrix&m,constVector&v, Vector&r){ if(m.col!=v.num||m.row!=r.num) { cerr<<"矩阵和向量的尺寸不匹配！\n"; exit(-1);