C++ 友元函数在复杂数据结构设计中的应用
友元函数是一种可以让非成员函数访问类私有成员的特殊函数。在设计复杂数据结构时，友元函数可以提供以下优势：
- 隔离代码和数据：友元函数允许非成员函数操作和修改类的私有数据，同时将这些实现细节与类的公共接口分离。
- 提高效率：通过授予直接访问权限，友元函数可以避免需要通过 getter 和 setter 函数来间接访问私有数据，从而提高效率。
实战案例：二叉搜索树
下面是一个 C++ 友元函数在二叉搜索树复杂数据结构中使用的实战案例：
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#includeclass BinarySearchTree { private: struct Node { int data; Node* left; Node* right; }; Node* root; // ... 其他成员函数和数据成员 friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const BinarySearchTree& tree); }; // 友元函数，用于输出二叉搜索树的节点 std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const BinarySearchTree& tree) { // 私有函数，从根节点开始中序遍历 void print_inorder(Node* node) { if (node != nullptr) { print_inorder(node->left); std::cout << node->data << " "; print_inorder(node->right); } } print_inorder(tree.root); return os; } int main() { BinarySearchTree tree; tree.insert(10); tree.insert(5); tree.insert(15); // 调用友元函数输出二叉搜索树 std::cout << tree << std::endl; return 0; }
在这个示例中，友元函数 operator 允许通过 std::cout 输出二叉搜索树的节点。它使用私有函数 print_inorder 中序遍历树，并在输出中打印每个节点的数据。
通过使用友元函数，我们分离了输出二叉搜索树的内容和树的内部结构的实现细节。这也提高了效率，因为 operator 可以直接访问私有节点数据，而无需通过 getter 函数。
