Effective C++ 读书笔记 Item23 非成员非友元函数好于成员函数

朱雀 2020-07-11 16:15 763阅读 0赞

其实简单来说成员函数是在类中定义的函数，而非成员函数就是普通函数，就是不是在类中定义的函数，其中非成员函数比较典型的是友元函数。下面贴上一些其他的一些区别和理解：

> 成员函数是类定义的一部分，通过特定的对象来调用。成员函数可以隐式访问调用对象的成员，而无须使用成员操作符。友元函数不是类的组成部分，因此被称为直接函数调用。友元函数不能隐式访问类成员，而必须将成员操作符用于作为参数传递的对象。

在类的是实现中，常常会面临成员函数和非成员函数的选择。比如一个浏览器类：

class WebBrowser{
    public:
      void clearCache();
      void clearCookies();
      void clearHistory();
    };

此时你要实现一个`clearEverything()`有两种方式：

class WebBrowser{
    public:
      void clearEverything(){
        clearCache();
        clearCookies();
        clearHistory();
      }
    }
    // 或者使用非成员函数：
    void clearEverything(WebBrowser& wb){
      wb.clearCache();
      wb.clearCookies();
      wb.clearHistory();
    }

哪种更好呢？面向对象原则指出，数据和数据上的操作应当绑定在一起，那么前者更好。 这是对面向对象的误解，面向对象设计的精髓在于封装，数据应当被尽可能地封装。 相比于成员函数，非成员函数提供了更好的封装，包的灵活性（更少的编译依赖），以及功能扩展性。

**封装性**  
封装就是对外界隐藏的意思。如果数据被越好地封装，那么越少的东西可以看到它，我们便有更大的灵活性去改变它。这是封装带来的最大的好处：给我们改变一个东西的灵活性，这样的改变只会影响到有限的客户。

作为粗粒度的估计，数据的封装性反比于可访问该数据的函数数量。这些函数包括成员函数、友元函数和友元类中的函数。 因此非成员非友元函数会比成员函数提供更好的封装， 我们应该选择clearEverything()的第二种实现。

Item22提到，如果一个数据成员不是私有的，那么将会有无限数量的函数可访问它。

这里有两点值得注意：

友元函数和成员函数是一样的，因为友元函数也可以访问私有数据成员，它和成员函数对封装具有相同的影响。  
非成员函数并不意味着它不可以是其他类的成员函数。尤其是在像Java，C\#之类的语言中，函数必须定义在类中。  
静态成员函数也是不错的选择。因为静态函数不能访问对象成员，因此不会影响对象的封装。  
**扩展性**  
在C++中，可以把这些非成员函数定义在相同的命名空间下。 但问题又来了：这些在命名空间下的函数并不在类中，它们会被传播到所有的源文件中。 而客户并不希望为了使用几个工具函数，就对这样一个庞大的命名空间产生编译依赖。 因此我们可以将不同类别的工具函数放在不同的头文件中，客户可以选择它想要的那部分功能：

// file: webbrowser.h
    namespace WebBrowserStuff{
      class WebBrowser{};
    }
     
    // file: webbrowser-bookmarks.h
    namespace WebBrowserStuff{
      ...
    }
     
    // file: webbrowser-cookies.h
    namespace WebBrowserStuff{
      ...
    }

这也是C++标准库的组织方式，std命名空间下的所有东西都被分在了不同的头文件中：<vector>, <algorithem>, <memory>等。这样客户代码只对它引入的那部分功能产生编译依赖。 为了做到这一点，这些工具函数必须是非成员函数，因为类作为整体必须在一个文件中进行定义。

同一命名空间不同头文件的组织方式，也为客户扩展工具函数提供了可能。 客户可以在同一命名空间下定义他自己的工具函数， 这些函数便会和既有工具函数天然地集成在一起。 这也是成员函数无法做到的一个特性，因为类的定义对客户扩展是关闭的。 即使是子类也不能访问封装的（私有）成员数据， 况且有些类不是用来做基类的（见Item 7：将多态基类的析构函数声明为虚函数）。