问题

C++ 允许「我们都是人,所以我可以把你私有的眼睛借来随便玩,再还给你」,这难道是一种设计上的妥协?

回答
C++ 中“友元”机制的出现,确实像是一种设计上的妥协,它在严格的封装性与实际编程的便利性之间寻求一个平衡点。

我们都知道,面向对象编程的核心思想之一就是封装,它要求将数据(成员变量)和操作数据的方法(成员函数)紧密地绑定在一起,并且隐藏内部的实现细节,只对外暴露必要的接口。这样做的好处是显而易见的:提高了代码的可维护性,减少了外部对内部实现的依赖,也更容易防止意外的修改。想象一下,如果你创建了一个表示“眼睛”的类,其内部的“视网膜像素数据”或者“瞳孔焦距调节算法”绝对是高度私有的,不希望被任何外部世界随意触碰和改动,否则可能会导致不可预知的后果,比如看到扭曲的现实,或者完全失明。

然而,在实际的软件开发过程中,我们常常会遇到这样一种情况:某些类,虽然它们各自是独立的对象,但它们之间却存在着天然的、紧密的协作关系。它们不是简单地通过公共接口进行通信,而是需要深入了解对方的内部运作机制,才能高效地完成某个特定的任务。

举个例子,假设我们有一个 `Camera` 类,它负责捕捉图像。而这个 `Camera` 的核心功能之一,就是获取被拍摄对象(比如一个 `Person` 对象)的“眼睛”的视觉信息。如果 `Camera` 只能通过 `Person` 对象提供的公共接口(比如 `getEyeImage()` 这种)来获取信息,那么这个接口的设计就需要非常灵活,可能要支持各种分辨率、各种格式的图像数据。但如果 `Camera` 的设计目标就是精确地模拟人眼的工作原理,那么它就需要直接访问 `Person` 对象的“眼睛”的内部结构,比如直接读取“视网膜”上的像素矩阵,或者操纵“瞳孔”的开合程度。

这时候,如果 `Person` 类的“眼睛”部分被声明为 `private`,那么 `Camera` 类就无法直接访问这些私有成员,哪怕它是一个专门为了“拍摄”而设计的类,也无法发挥其应有的作用。它只能通过 `Person` 类对外提供的、可能并非最优的接口来间接操作,这就显得相当不方便,甚至可能降低效率。

“友元”机制的出现,正是为了解决这种“鸡生蛋,蛋孵鸡”式的依赖关系。通过声明一个类(或者函数)为另一个类的“友元”,我们允许这个“友元”打破原类的封装性,直接访问其私有和保护成员。这就像在严格的门禁系统中,允许某个特定人员(友元)持有一把特殊的钥匙,能够直接进入某个私人房间,而无需经过门卫(公共接口)的层层盘问。

这种设计不是说“我们都是人,所以可以随便乱来”,而是承认在某些特定的、精心设计的协作场景下,完全僵化的封装反而会成为阻碍。它是在“数据安全”和“开发效率/功能实现”之间的一种权衡。设计者通过友元,将这种“信任”关系明确地声明出来,指定了哪些“外部”的实体被授予了访问其内部的权限,并且这种权限是显式的,不是随意的。

因此,与其说这是一种“妥协”,不如说是一种“有条件地授权”或者“建立特定协作关系”的机制。它允许在有限的、明确的范围内,为了实现某些复杂但必要的协作功能,而适度地放宽封装的边界,以换取更直接、更高效的编程方式。当然,这种能力也需要谨慎使用,因为滥用友元会削弱封装性,增加代码的耦合度,使得维护和修改变得更加困难。但对于那些确实需要深度协作的类而言,友元就像一把万能钥匙,在恰当的时候打开了通往高效协作的大门。

网友意见

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作为 class Person 的作者,你问自己一个问题:

我如何让别人的 class 不能访问 Person 的某个成员?

答案是「用 private」。

然后你又问自己一个问题:

我如何让一个 Person 的 object 不能用另一个 Person object 的某个成员?

答案是「我 tm 都是作者了!」「Don't hold it that way.」—— Steve Jobs

你还是有疑问:我的 class Person 要是特别大特别复杂,写了后面忘了前面怎么办?

对于写了后二十行忘了前二十行还必须一个函数写二百行的你说我一个设计语言的我怎么办?

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