c++ - 友元函数及其与 I/O 操作符的关系

Question

我仔细研究了有关朋友功能及其使用的信息。他们能够在不违反 OOP 的黄金法则之一的情况下访问类中的封装数据。在为重载 I/O 操作符（一种基本操作，是学习 C++ 中第一次教授的操作之一）提供各种源代码时，每个人都将操作符定义为在课堂之外实现它的朋友。我的问题是：需要这样做吗？为什么不将函数声明为类的公共成员并从类中插入/显示数据，同时保持所有内容都被封装？这似乎与重载其他运算符没有什么不同，但它被认为是重载 I/O 运算符的传统方法。

谢谢你的时间。

Answer 1

假设你想operator<<为你的 class重载X，所以你可以像这样使用它：

X x;
std::cout << x;

请注意，这std::cout是运算符的第一个操作数。要将其实现为成员函数，它必须是 的成员std::basic_ostream，即 的类型std::cout。您不能将成员添加到已定义的类中。这就是为什么我们将其声明为自由函数。

如果你operator<<作为 的成员重载X，它将把一个X对象作为它的第一个操作数，所以你可以像这样使用它：

X x;
x << something;

这显然不是您在处理 I/O 时想要的。

Answer 2

如果您有一个重载运算符，例如：a @ b作为成员函数实现，则该调用将转换为a.operator@(b);. 这意味着该函数必须是左操作数类型的类的成员。在 iostream 的情况下，所有操作员都需要成为 iostream 本身的成员。

虽然 iostream 确实提供了一些插入/提取运算符作为成员，但您通常希望能够在不修改 iostream 类本身的情况下添加更多¹。为此，您几乎需要将运算符实现为自由函数而不是成员函数。由于您通常仍然希望它能够访问您计划读/写的任何类型的私有部分（插入/提取，如果您愿意），它通常必须是该类的朋友。

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1. 这是所谓的开放/封闭原则的一个例子：类应该对扩展开放，但对修改关闭。换句话说，你想扩展它而不修改它。