序文：

Friend は C++ の特別なメカニズムであり、コードの柔軟性と保守性を確保するために、場合によってはクラスのプライベートメンバーが他のクラスまたは関数からアクセスできることを実現します。この記事では、フレンド関数、フレンドクラス、フレンドメカニズムの詳細な分析、フレンドメカニズムの長所と短所の分析と概要など、 C++ のフレンドメカニズムについて包括的に紹介します。

この記事には多くのコード例が含まれているため、コードに従ってさらに数回入力することをお勧めします (練習することで真の知識が得られ、基本的な使用シナリオを理解するのは問題ありません)。

1.フレンド機能

4. クラスのカプセル化とセキュリティ制御を実装する

短所:

1. C++ のカプセル化機能を破壊する

2. 友情のメカニズムは悪用されやすい

3. フレンドメカニズムによりコード結合が増加する可能性がある

要約:

1.フレンド機能

フレンド関数は、クラスのプライベートメンバーに直接アクセスできる非メンバー関数です。C++ では、「friend」キーワードを使用して、非メンバー関数をフレンド関数として宣言できます。クラスでは、フレンド関数はこのクラスのメンバー関数ではありませんが、このクラスのプライベートメンバーに直接アクセスできます。以下は、関数追加によってクラス A のプライベートメンバーにアクセスできる簡単な例です。

class A {
private:
    int a;
public:
    A() : a(0) {}
    friend int addition(A a1, A a2);
};

int addition(A a1, A a2) {
    return a1.a + a2.a;
}

int main() {
    A obj1, obj2;
    obj1.a = 10;
    obj2.a = 20;
    cout << "Sum of two values are : " << addition(obj1, obj2);
    return 0;
}

上の例では、addition という関数を定義し、クラス A をそのフレンドとして宣言しました。この関数は、クラス A のプライベートメンバー a に直接アクセスし、その合計を返すことができます。main 関数では、2 つのオブジェクト obj1 と obj2 を作成し、それらのプライベートメンバー a に値を設定し、最後に加算関数を呼び出してそれらの合計を出力します。

2、フレンドクラス

フレンド関数と同様に、フレンドクラスもクラスのプライベートメンバーに直接アクセスできます。違いは、フレンドクラスは、フレンドとして宣言したクラスのプライベートメンバーに直接アクセスできるクラスであることです。同様に、「friend」キーワードを使用して、クラスを別のクラスのフレンドとして宣言することもできます。

以下は、クラス B がクラス A のフレンドとして宣言され、クラス A のプライベートメンバー a への直接アクセスを許可する例です。

class A {
private:
    int a;
public:
    A() : a(0) {}
    friend class B;
};

class B {
public:
    void display(A obj) {
        cout << obj.a;
    }
};

int main() {
    A obj;
    B demo;
    demo.display(obj);
    return 0;
}

上の例では、2 つのクラス A と B を定義し、B を A のフレンドクラスとして宣言しました。クラス B の表示関数は、クラス A のプライベートメンバー a に直接アクセスし、その値を出力できます。main関数では、クラスAオブジェクトobjとクラスBオブジェクトdemoを作成し、demoオブジェクトの表示関数を呼び出してobjのプライベートメンバーaの値を出力できます。

フレンド関数とは異なり、フレンドクラスの宣言はクラスの中括弧の外側ではなく、内側で宣言する必要があることに注意してください。

3. 友情メカニズムの詳細な分析

フレンドメカニズムは、C++ の中でも特殊な機能の 1 つで、比較的めったに使用されません。場合によっては柔軟なプログラミングを実現できますが、使用する際にはいくつかの詳細に注意する必要があります。

まず、フレンドメカニズムは C++ のカプセル化機能を破壊します。クラスでは、プライベートメンバーはクラス外のオブジェクトが直接アクセスできないようにプライベートとして設定されます。ただし、フレンドメカニズムを使用すると、クラス外のオブジェクトがプライベートメンバーに直接アクセスできるようになるため、フレンドメカニズムはカプセル化を破る機能ともみなされます。カプセル化機能を破壊するためにフレンドメカニズムを悪用しないようにするには、フレンドメカニズムを慎重に取り扱い、使用する必要があります。

次に、フレンド関数は、グローバル関数、クラスの静的メンバー関数、および他のクラスのメンバー関数にすることができます。フレンドクラスは、フレンドとして宣言したクラスのプライベートメンバーにアクセスできます。したがって、フレンドシップメカニズムにより、異なるクラス間の情報交換と連携が実現されます。

フレンドメカニズムを使用する場合は、次の点に注意する必要があります。

フレンドメカニズムは、必要な場合にのみ使用してください。過度のフレンド宣言はカプセル化とセキュリティを破壊する可能性があり、コードの保守が困難になります。
フレンド関数を定義して実装するとき、この関数はクラスのオブジェクトをパラメータとして受け取り、値を返します。このようにして、フレンド機能でクラスのプライベートメンバーにアクセスできます。例: friends int function(A obj);
クラス全体に対してフレンド宣言を行うことは避けてください。クラスのプライベートメンバーにアクセスする必要がある場合は、プライベートメンバーを公開するのではなく、パブリックインターフェイスにカプセル化するようにしてください。
フレンド関数とフレンドクラスの宣言は、要件によって決定されるclass の public、protected、または private アクセス指定子の下で記述することができます。ただし、一般に、プライベートメンバーをカプセル化するという目的を達成するには、プライベートアクセス指定子の下にフレンド宣言を記述するのが最善です。
友人関係は継承することも、継承することもできません。派生クラスがその基本クラスのプライベートメンバーにアクセスしたい場合は、仮想関数と保護されたメンバー関数を使用する必要があります。

以下は、包括的な例の友達関連のコードです。

#include<iostream>
using namespace std;

class B;

class A{
   private:
      int numA;
      friend void add(A, B);
   public:
      A(int n=0) : numA(n) {}
};

class B{
   private:
      int numB;
      friend void add(A, B);
   public:
      B(int n=0) : numB(n) {}
};

void add(A objectA, B objectB){
   cout << "Adding data of A and B objects to a new object C." << endl;
   cout << "Sum of private integers of A and B objects is : " << objectA.numA + objectB.numB << endl;
}

int main(){
   A objectA(7);
   B objectB(11);
   add(objectA, objectB);

   return 0;
}

上の例では、2 つのクラス A と B を定義しました。どちらのクラスにも、numA と numB で表されるプライベート整数メンバーが含まれています。これらのプライベートメンバーはどちらも別の関数 add によってアクセスされるため、クラス A および B の定義では両方ともフレンド関数として宣言されます。A と B オブジェクトをパラメータとして受け取り、それらの合計を出力する add 関数を定義します。

main 関数では、A オブジェクト objectA と B オブジェクト objectB を作成し、add 関数に渡します。add 関数は、objectA と objectB のプライベートメンバーにアクセスし、それらを追加して結果を出力します。

フレンド関数を使用するだけでなく、フレンドクラスを使用して別のクラスのプライベートメンバーにアクセスすることもできます。以下はフレンドクラスを使用した例です。

#include<iostream>
using namespace std;

class A;

class B{
   public:
      void display(A&);
};

class A{
   private:
      int numA;
   public:
      A(int n=0) : numA(n) {}
      friend class B;
};

void B::display(A &objectA){
   cout << "A::numA= " << objectA.numA << endl;
}

int main(){
   A objectA(12);
   B objectB;
   objectB.display(objectA);

   return 0;
}

上の例では、2 つのクラス A と B を定義しました。B は A のフレンドクラスとして定義されています。クラス A では、クラス B からアクセスできるプライベート整数メンバー numA を宣言します。クラス B では、A オブジェクトをパラメータとして受け取り、そのプライベートメンバー numA を出力する表示関数を定義します。

main 関数では、A オブジェクト objectA と B オブジェクト objectB を作成し、objectA を objectB の表示関数にパラメーターとして渡します。表示関数は objectA のプライベートメンバー numA にアクセスし、結果を出力します。

上記の例では、クラス B と関数表示の両方が public に宣言されていることに注意してください。これは、それらを private または protected として宣言すると、main 関数のコードからアクセスできなくなり、コンパイルエラーが発生するためです。

4. メリットとデメリットのまとめ

利益：

1. コードの柔軟性の向上

場合によっては、一部の特別な要件はフレンドメカニズムなしでは実現できません。たとえば、メンバー関数ではなく非メンバー関数を通じてクラスのプライベートメンバーにアクセスする場合は、フレンド関数を使用する必要があります。

次のコード例は、フレンド関数を使用してクラス外のクラスのプライベートメンバーにアクセスし、コードの柔軟性を向上させる方法を示しています。

#include <iostream>
using namespace std;

class A{
  private:
    int numA;
  public:
    A(int n=0) : numA(n) {}
    friend int getNumA(A);
};

int getNumA(A objectA){
  return objectA.numA;
}

int main(){
  A objectA(7);
  cout << "The private integer value of objectA is: " << getNumA(objectA) << endl; 
  return 0;
}

この例では、クラス A とフレンド関数 getNumA を定義します。getNumA 関数は、クラス A のプライベートメンバー numA に直接アクセスできるため、クラス外のクラスのプライベートメンバーに直接アクセスできます。このようにして、追加のパブリックインターフェイスを使用せずにいくつかの特別な要件を実現でき、コードの柔軟性が向上します。

2. 異なるクラス間の連携を実現する

複雑なプログラムを実装する場合、さまざまなクラスが情報を交換し、協力する必要があります。フレンド機構を利用することで、異なるクラス間の情報交換や連携が実現でき、プログラムの設計や実装が容易になります。

次のコード例は、フレンドクラスを使用して、異なるクラス間の連携を実現する方法を示しています。

#include <iostream>
using namespace std;

class A{
  private:
    int numA;
  public:
    A(int n=0) : numA(n) {}
    friend class B;
};

class B{
  private:
    int numB;
  public:
    B(int n=0) : numB(n) {}
    void displayNumA(A objectA){
      cout << "The value of numA is " << objectA.numA << endl;
    }
};

int main(){
  A objectA(7);
  B objectB(11);
  objectB.displayNumA(objectA);     
  return 0;
}

この例では、2 つのクラス A と B を定義します。クラス A にはプライベートメンバー numA が含まれており、クラス B は A のプライベートメンバー numA にアクセスする必要があります。したがって、B を A のフレンドクラスとして宣言し、B が A のプライベートメンバーにアクセスできるようにします。このようにして、異なるクラス間の連携が実現され、コードの実現が容易になります。

3. コードの複雑さを軽減する

フレンドメカニズムを使用すると、コードの複雑さと繰り返しが軽減され、コードの保守と読み取りが容易になります。

次のコード例は、フレンドクラスを使用してコードの複雑さを軽減する方法を示しています。

#include <iostream>
using namespace std;

class A{
  private:
    int numA;
  public:
    A(int n=0) : numA(n) {}
    friend class B;
};

class B{
  private:
    int numB;
  public:
    B(int n=0) : numB(n) {}
    void displayNumA(A objectA){
      cout << "The value of numA is " << objectA.numA << endl;
    }
};

int main(){
  A objectA(7);
  B objectB(11);
  objectB.displayNumA(objectA);     
  return 0;
}

この例では、2 つのクラス A と B を定義します。クラス A にはプライベートメンバー numA が含まれており、クラス B はクラス A の numA メンバーにアクセスする必要があります。フレンドクラスを使用しない場合は、B 内の A の numA メンバーにアクセスするためのパブリックインターフェイスを最初に定義する必要があります。これにより、コードが複雑になります。ただし、フレンドクラスを通じて、B は A のプライベートメンバーに直接アクセスできるため、コードの複雑さが軽減されます。

4. クラスのカプセル化とセキュリティ制御を実装する

フレンドメカニズムは、クラスのカプセル化とセキュリティ制御に使用できます。フレンドメカニズムにより、特定のクラスまたは関数のみがプライベートメンバーにアクセスできるようになり、クラスのカプセル化とセキュリティ制御が実現されます。

次のコード例は、クラスに対するカプセル化とセキュリティ制御を実装する方法を示しています。

#include<iostream>
using namespace std;

class A{
   private:
      int numA;
      friend void add(A, int);
   public:
      A(int n=0) : numA(n) {}
};

void add(A objectA, int num){
   objectA.numA += num;
}

int main(){
   A objectA(7);
   add(objectA, 11);
   return 0;
}

この例では、クラス A とフレンド関数 add を定義します。クラス A では、numA はプライベートメンバーとして宣言されているため、クラスの外部から直接アクセスすることはできません。ただし、add 関数はクラス A のフレンド関数として宣言されているため、A のプライベートメンバー numA に直接アクセスできます。main 関数では、A オブジェクトを作成し、それを add 関数のパラメーターとして呼び出します。add 関数は、A オブジェクトのプライベートメンバー numA を変更します。ただし、add 関数は単なるフレンド関数であり、A オブジェクトのプライベートメンバー numA にのみアクセスするため、A クラスのカプセル化とセキュリティ制御は維持されます。

短所:

1. C++ のカプセル化機能を破壊する

クラスでは、プライベートメンバーはクラス外のオブジェクトが直接アクセスできないようにプライベートとして設定されます。ただし、フレンドメカニズムを使用すると、クラス外のオブジェクトがプライベートメンバーに直接アクセスできるため、C++ のカプセル化機能が破壊されます。

次のコード例は、フレンド関数を使用して C++ のカプセル化機能を破る方法を示しています。

#include <iostream>
using namespace std;

class A{
  private:
    int numA;
  public:
    A(int n=0) : numA(n) {}
    friend void setNumA(A, int);
};

void setNumA(A objectA, int n){
  objectA.numA = n;
}

int main(){
  A objectA(7);
  setNumA(objectA, 11);
  cout << "The private integer value of objectA is: " << objectA.getNumA() << endl;  
  return 0;
}

この例では、クラス A と、A のプライベートメンバー numA に直接アクセスできるフレンド関数 setNumA を定義します。しかし、フレンド関数 setNumA を使用すると、ユーザーはクラス A が提供するパブリックインターフェイスをバイパスし、そのプライベートメンバー numA を直接変更できます。これにより、クラス A のカプセル化機能が破壊され、コードの安定性と保守性に影響します。

2. 友情のメカニズムは悪用されやすい

過度のフレンド宣言はカプセル化とセキュリティを破壊する可能性があり、コードの保守が困難になります。したがって、フレンドメカニズムは必要な場合にのみ使用してください。そうしないと、プログラムの保守コストが増加し、プログラムのセキュリティと安定性も低下します。

次のコード例は、フレンド関数を使用してフレンドメカニズムを悪用する方法を示しています。

#include<iostream>
using namespace std;

class A{
   private:
      int numA;
      friend void add(A&, int);
   public:
      A(int n=0) : numA(n) {}
      int getNum() { return numA; }
};

void add(A& objectA, int num){
   objectA.numA += num;
}

int main(){
   A objectA(7);
   add(objectA, 11);
   cout << "The integer value of numA is : " << objectA.getNum() << endl;
   return 0;
}

この例では、クラス A とフレンド関数 add を定義します。add 関数は、A のプライベートメンバー numA を参照によって変更します。しかし、add 関数は A のプライベートメンバーに直接アクセスできるため、フレンドメカニズムの悪用につながりやすく、コードの明瞭さと読みやすさに影響します。

3. フレンドメカニズムによりコード結合が増加する可能性がある

友情メカニズムは、異なるクラス間の結合の増加につながる可能性があり、それによってプログラムの再利用性とスケーラビリティに影響を与えます。コードの結合が増加しないように、フレンドメカニズムを慎重に使用する必要があります。

次のコード例は、フレンド関数を使用してコードの結合を増やす方法を示しています。

#include<iostream>
using namespace std;

class A{
   private:
      int numA;
      friend void add(A&, int);
   public:
      A(int n=0) : numA(n) {}
      void displayNumA() { cout << "The integer value of numA is : " << numA << endl;}
};

void add(A& objectA, int num){
   objectA.numA += num;
}

class B{
   public:
      void display(A& objectA){
         objectA.displayNumA();
      }
};

int main(){
   A objectA(7);
   B objectB;
   add(objectA, 11);
   objectB.display(objectA);
   return 0;
}

この例では、クラス A とフレンド関数 add を定義し、クラス B とクラス B に表示関数を定義します。クラス B はクラス A に対していくつかの操作を実行するため、2 つのクラス間の結合が増加します。このようなコード構造では、クラス間の依存関係が密接になりすぎて、コードの安定性と保守性に影響を与える可能性があります。

要約:

Friend は、クラス内で、別のクラスまたは関数が、 Friend として宣言されたクラスのプライベートメンバーに直接アクセスできることを意味します。フレンド機構により、コードの柔軟性が高まり、カプセル化やセキュリティを破壊することなく、異なるクラス間の情報交換や連携を実現できます。ただし、過度のフレンド宣言はカプセル化とセキュリティを破るため、悪用は避けるべきです。

フレンドのメカニズムには、フレンド関数とフレンドクラス の 2 種類があります。フレンド関数は、クラスのプライベートメンバーに直接アクセスできる非メンバー関数です。フレンドクラスは、フレンドとして宣言したクラスのプライベートメンバーにアクセスできるクラスです。

なお、友人関係は継承・継承できないので、クラス全員での友人宣言は避けるようにしましょう。フレンド関数とフレンドクラスの宣言は、クラスの public、protected、または private アクセス指定子の下に記述することができますが、一般に、プライベートメンバーをカプセル化するという目的を達成するには、プライベートアクセス指定子の下にフレンド宣言を記述するのが最善です。

実際のアプリケーションでは、フレンドメカニズムは必要な場合にのみ慎重に使用し、プライベートメンバーを可能な限りパブリックインターフェイスにカプセル化する必要があります。フレンドメカニズムは C++ の重要な機能の 1 つであり、フレンドメカニズムをマスターすると、C++ プログラミングをより良く行うことができます。

【C++】フレンド機構のメリットとデメリット【フレンド関数、フレンドクラス】

序文：

1.フレンド機能

2、フレンドクラス

3. 友情メカニズムの詳細な分析

4. メリットとデメリットのまとめ

利益：

1. コードの柔軟性の向上

2. 異なるクラス間の連携を実現する

3. コードの複雑さを軽減する

4. クラスのカプセル化とセキュリティ制御を実装する

短所:

1. C++ のカプセル化機能を破壊する

2. 友情のメカニズムは悪用されやすい

3. フレンドメカニズムによりコード結合が増加する可能性がある

要約:

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