一、友元

友元分為友元函式和友元類，
友元提供了一種突破封裝的方式，有時提供了便利，但是友元會增加耦合度，破壞了封裝，所以友元不宜多用，

1.友元函式

如果想要用cout直接輸出日期而不是用成員函式來間接輸出，就需要多載>>來實作，
注意cout的型別是ostream，呼叫的時候傳入cout，

代碼如下：

class Date
{
public:
	void operator<<(ostream& out)//void operator<<(Date* this, ostream& out)
	{
		out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

但是由于多載時第一個引數一定是隱含的this指標，所以在使用多載后的<<時需要如下使用，

代碼如下：

int main()
{
	Date d1;
	d1 << cout;//也即d1.operator<<(cout);
	return 0;
}

這顯然不符合cout的使用習慣，同時代碼的可讀性很差，甚至不如一個間接的print函式，

于是有了一個問題：<<的多載寫在類內會導致代碼可讀性下降，寫在類外又無法訪問類的成員變數，

那么怎樣解決這個問題呢——用友元，

友元函式可以直接訪問類的私有成員，它是定義在類外部的普通函式，不屬于任何類，但需要在類的內部宣告，宣告時需要加friend關鍵字，

代碼如下：

class Date
{
	//定義友元函式（在類內）
	//只需在函式宣告前加上friend即可
	friend void operator<<(ostream& out, const Date& d);
public:
	Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

void operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
}

int main()
{
	Date d1;
	cout << d1;//即operator<<(cout, d1);
	return 0;
}

但是由于operator<<回傳值是空，所以無法實作連續輸出，只需將operator<<的回傳值改為ostream&，即繼續回傳out，這樣每次輸出后的回傳值都是out，可支持連續輸出，

代碼如下：

class Date
{
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
public:
	Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
	return out;
}

int main()
{
	Date d1;
	Date d2(2021, 7, 21);
	cout << d1 << d2;//可連續輸出
	return 0;
}

輸入多載>>同理，

代碼如下：

class Date
{
public:
	friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

//cin型別為istream
//回傳值為istream可支持連續輸入多個Date物件
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}

注意：
（1）友元函式可訪問類的私有和保護成員，但不是類的成員函式，
（2）友元函式不能用const修飾，
（3）友元函式可以在類定義的任何地方宣告，不受類訪問限定符限制，
（4）一個函式可以是多個類的友元函式，
（5）友元函式的呼叫與普通函式的呼叫和原理相同，

2.友元類

友元類的所有成員函式都可以是另一個類的友元函式，都可以訪問另一個類中的非公有成員，
如下面的代碼中Date類中的成員函式想要訪問Time型別的物件_t的成員變數，則需要將Date類定義為Time類的友元，

代碼如下：

class Date
{
public:
	Date(int year = 1970, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	void SetTime()
	{
		_t._hour = 0;
		_t._minute = 1;
		_t._second = 1;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;

	Time _t;
};

class Time
{
	friend class Date;
public:
	Time(int hour = 0, int minute = 1, int second = 1)
	{
		_hour = hour;
		_minute = minute;
		_second = second;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

注意：
（1）友元關系是單向的，不具有交換性，
比如上述Time類和Date類，在Time類中宣告Date類為其友元類，那么可以在Date類中直接訪問Time
類的私有成員變數，但不能在Time類中訪問Date類中私有的成員變數，
（2）友元關系不能傳遞，
如果B是A的友元，C是B的友元，不能說明C是A的友元，

二、C語言動態記憶體管理的方式

關于C語言動態記憶體管理的相關知識請移步C語言動態記憶體管理，

三、 C++記憶體管理方式

通過new和delete運算子進行動態記憶體管理，

注意C語言中與動態記憶體相關的malloc，realloc，calloc和free是函式，而C++中的new和delete是運算子，

1.new/delete操作內置型別

new/delete和malloc/free針對內置型別沒有任何差別，只是寫法不一樣，

代碼如下：

void Test()
{
	//注意new和delete的格式

	//動態申請一個int型別的空間，不初始化
	int* ptr1 = new int;

	//動態申請一個double型別的空間并初始化為3.14
	//注意可以直接初始化
	double* ptr2 = new double(3.14);

	//動態申請10個char型別的空間
	char* ptr3 = new char[3];

	delete ptr1;
	delete ptr2;
	delete[] ptr3;//不要忘記[]
}

注意：申請和釋放單個元素的空間，使用new和delete運算子，申請和釋放連續的空間，使用new[]和delete[]， new和delete、new[]和delete[]一定要匹配，否則可能出問題，

2.new和delete操作自定義型別

代碼如下：

class ListNode
{
public:
	ListNode(int val = 0)
		:_val(val)
		, _prev(nullptr)
		, _next(nullptr)
	{
		cout << "呼叫建構式" << endl;
	}

	~ListNode()
	{
		cout << "呼叫解構式" << endl;
	}

private:
	int _val;
	ListNode* _prev;
	ListNode* _next;
};

int main()
{
	ListNode* c = (ListNode*)malloc(sizeof(ListNode));
	free(c);
	
	ListNode* cpp = new ListNode;
	delete cpp;
	
	return 0;
}

除錯如下，可以觀察到malloc僅僅開出所需的空間，并不會對指標指向地址的成員變數進行初始化；而new不僅開出所需的空間，還會會對指標指向地址的成員變數進行初始化，

除錯結果如下：

運行如下，可以觀察到delete會呼叫自定義型別的解構式，而free不會，

運行如下：

在申請自定義型別的空間時，new會呼叫建構式，delete會呼叫解構式，而malloc與free不會，

四、 malloc/free和new/delete

1.共同點

從堆上申請空間，并且需要手動釋放，

2.不同點

（1）malloc和free是函式，new和delete是運算子
（2）malloc申請的空間不會初始化，new可以初始化
（3）malloc申請空間時，需要手動計算空間大小，new只需在其后跟上空間的型別即可
（4）malloc的回傳值為void*, 在使用時必須強轉，new不需要，因為new后跟的是空間的型別
（5）malloc申請空間失敗時，回傳的是NULL，因此使用時必須判空，new不需要，但是new需要捕獲例外
（6）申請自定義型別物件時，malloc/free只會開辟空間，不會呼叫建構式與解構式，而new在申請空間后會呼叫建構式完成物件的初始化，delete在釋放空間前會呼叫解構式完成空間中資源的清理

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