面试题：C++ 中友元类和友元函数有什么作用？

在C++中，友元（Friend） 是一种机制，允许某个类或函数访问另一个类的私有（private）和保护（protected）成员。友元分为两种：

友元类（Friend Class）
友元函数（Friend Function）

1. 友元类（Friend Class）

当一个类被声明为另一个类的友元时，它可以访问该类的所有私有和保护成员。
友元关系是单向的，不具有传递性（即如果A是B的友元，B是C的友元，A并不能访问C的私有成员）。

作用：

允许某些特定的类访问当前类的私有成员，而不需要将这些成员公开。
常用于设计模式中，如工厂模式、代理模式等。

示例：

class A {
private:
    int secret;

    // 声明B为A的友元类
    friend class B;

public:
    A() : secret(42) {}
};

class B {
public:
    void showSecret(const A& a) {
        // B可以访问A的私有成员
        std::cout << "A's secret: " << a.secret << std::endl;
    }
};

int main() {
    A a;
    B b;
    b.showSecret(a); // 输出: A's secret: 42
    return 0;
}

2. 友元函数（Friend Function）

当一个函数被声明为某个类的友元时，它可以访问该类的所有私有和保护成员。
友元函数可以是全局函数，也可以是另一个类的成员函数。

作用：

允许某些特定的函数访问类的私有成员，而不需要将这些成员公开。
常用于运算符重载、工具函数等场景。

示例：

class A {
private:
    int secret;

    // 声明全局函数为A的友元函数
    friend void showSecret(const A& a);

public:
    A() : secret(42) {}
};

// 全局函数
void showSecret(const A& a) {
    // 可以访问A的私有成员
    std::cout << "A's secret: " << a.secret << std::endl;
}

int main() {
    A a;
    showSecret(a); // 输出: A's secret: 42
    return 0;
}

3. 友元的特性

单向性：友元关系是单向的。如果A是B的友元，B并不会自动成为A的友元。
不可传递性：友元关系不会传递。如果A是B的友元，B是C的友元，A并不能访问C的私有成员。
不可继承性：友元关系不会继承。如果A是B的友元，A的派生类并不会自动成为B的友元。

4. 友元的应用场景

运算符重载：

某些运算符（如 <<、>>）需要重载为全局函数，而这些函数需要访问类的私有成员。

示例：

class MyClass {
private:
    int value;

    // 声明全局运算符函数为友元
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const MyClass& obj);

public:
    MyClass(int v) : value(v) {}
};

// 重载 << 运算符
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const MyClass& obj) {
    os << "Value: " << obj.value;
    return os;
}