C++ 虚函数和友元

虚函数具有动态联编性，在类族中有强大功能；友元函数具有跨类访问的功能，本质却是一种对封装的破坏。

先看这样一个例子：

#include<iostream>
using namespace std;
class A;
class B
{
private:
    int x;
    void print()
    {
        cout<<x<<endl;
    }
public:
    B(int i = 0)
    {
        x = i;
    }
    friend class A;
};
class A
{
public:
    void func(B b)
    {
        b.print();
    }
};
class D: public B
{
public:
    D(int i):B(i) {}
};
int main()
{
    cout<<sizeof(A)<<" "<<sizeof(B)<<" "<<sizeof(D)<<endl;
    D d(99);
    A a;
    a.func(d);
    return 0;
}      

程序执行结果为：

        1 4 4

        99

上例中，A是B的友元类，A中的所有成员函数都为B的友元函数，可访问B的私有成员函数。友元类A大小为1，基类和派生类大小都是4，友元类A不是基类B的一部分，更不是派生类D的一部分。

 从上例看，友元似乎能够被继承，A的函数func这能访问B的派生类D嘛！这不基类的友元函数或友元类能够访问派生类的私有成员！

但若将上例中的继承关系改为私有继承，则：

class D: private B
   a.func(d);  // error C2243: “类型转换”: 从“D *”到“const B &”的转换存在，但无法访问      

我们知道：public继承是一种“is a”的关系，即一个派生类对象可看成一个基类对象。所以，上例中不是基类的友元被继承了，而是派生类被识别为基类了。

再比如这样一个例子

#include<iostream>
using namespace std;
class B;
class A
{
private:
    void print()
    {
        cout<<"A::print"<<endl;
    }
public:
    friend class B;
};
class B
{
public:
    void func(A a)
    {
        a.print();
    }
};
class D: public B { };

int main()
{
    A a;
    D d;
    d.func(a);
    return 0;
}      

        A::print

上例中，B为A的友元类，D是B的派生类，D继承了基类B的友元函数func，它能访问A的私有成员。由此可知一个友元类的派生类，可以通过其基类接口去访问设置其基类为友元类的类的私有成员，也就是说一个类的友元类的派生类，某种意义上还是其友元类。

但若在上例D中新增加个成员函数，该函数是不能访问A私有成员的。

class D: public B
{
public:
        void test(A a){ a.print(); } // error C2248: “A::print”: 无法访问 private 成员(在“A”类中声明)
};      

#include<iostream>
using namespace std;
class A;
class B
{
private:
    void print()
    {
        cout<<"B::print"<<endl;
    }
public:
    friend class A;
};
class A
{
public:
    void func(B b)
    {
        b.print();
    }
};
class D: public B
{
private:
    void print()
    {
        cout<<"D::print"<<endl;
    }
};
int main()
{
    D d;
    A a;
    a.func(d);
    return 0;
}      

    B::print

和前两例类似，友元关系并没有被继承，仅是派生类对象当成了一个基类对象来用，因此输出“B::print”。

若将上例print函数改为虚函数并通过多态来访问，就可以达到类似于友元可以继承的效果。

class A;
class B
{
private:
    virtual void print()
    {
        cout<<"B::print"<<endl;
    }
public:
    friend class A;
};
class A
{
public:
    void func(B* pb)
    {
        pb->print();
    }
};
class D: public B
{
private:
    virtual void print()
    {
        cout<<"D::print"<<endl;
    }
};

int main()
{
    D d;
    A a;
    a.func(&d);
    return 0;
}      

 这本质上就是满足了多态的三个条件：

必须存在继承关系；   

继承关系中必须有同名的虚函数，并且它们是覆盖关系。  

存在基类的指针，通过该指针调用虚函数。

作者：王陸