類成員包括類的成員變量和成員函數，它們分別用來描述類的屬性和行為。而類成員的訪問控制決定了哪些成員是公開的，可以被外界訪問，也可以被自身訪問；哪些成員是私有的，只能在類的內部訪問，外界無法訪問。就像一個人的錢包，只有他自己能動，別人是不能動的。又如同自己藏的私房錢也只有自己知道，對其他人而言，私房錢是完全隱藏的。
大家可能會問，為什麼要對類成員的訪問加以控制，大公無私地誰都可以訪問不是挺好的嗎？這是因為在現實世界中，人們對事物的訪問是受到控制的，我們可以訪問到某些事物，但不可能訪問到任何事物。就如同我們只能知道自己錢包裡有多少錢，而無法知道別人錢包裡有多少錢一樣。這一點反映到C++中，就成了類成員的訪問控制。可以設想這樣的情形：錢包裡的錢只能由自己訪問，別人是無權訪問的。當它成為“人”這個類的一個屬性，用某個成員變量來表示後，其訪問自然也應該受到控制，只能由“人”這個類自身的行為（成員函數）來訪問，對於外界其他函數而言，這個成員變量就被隱藏起來是不可見的，自然也就無法訪問。如果不對訪問加以控制，誰都可以訪問，那就很有可能其他函數（小偷）會錯誤地修改這個本不該它修改的數據，數據安全無法得到保證。換句話說，要想讓我們錢包裡的錢安安穩穩的，要想讓類的成員避免不安全的訪問，我們必須對類成員的訪問加以控制。
在C++中，對類成員的訪問控制是通過設置成員的訪問級別來實現的。按照訪問范圍的大小，訪問級別被分為公有類型（public）、保護類型（protected）和私有類型（private） 三種，如圖6-9所示。
公有類型的成員用關鍵字public修飾，在成員變量或者成員函數前加上public關鍵字就表示這是一個公有類型的成員。公有類型的成員的訪問不受限制，在類的內外都可以訪問，但它更多的還是作為類提供給外界訪問的接口，是類跟外界交流的通道，外界通過訪問公有類型的成員完成跟類的交互。例如Teacher類的表示上課行為的GiveLesson()成員函數，這是它向外界提供的服務，應該被外界訪問，所以這個成員函數應該設置為公有類型。
圖6-9 訪問級別
保護類型的成員用關鍵字protected修飾，其聲明格式跟public類型相同。保護類型的成員在類的外部無法訪問，但是可以在類的內部及繼承這個類而得的派生類中訪問，它主要用於將屬性或者方法遺傳給它的下一代子類。例如，對於Teacher類的表示姓名屬性的m_strName成員變量，誰也不願意自己的名字被別人修改，所以應該限制外界對它的訪問；而顯然自己可以修改自己的名字，所以Teacher類內部可以訪問這個成員變量；同時，如果Teacher類有派生類，比如表示大學老師的Lecturer，我們也希望這個成員變量可以遺傳給派生類，使其派生類也擁有這個成員變量，可以對其進行訪問。經過這樣的分析，把m_strName成員變量設置為保護類型最為合適。
私有類型的成員用關鍵字private修飾，其聲明格式跟public類型相同。私有類型的成員只能在類的內部被訪問，所有來自外部的訪問都是非法的，這樣就把類的成員完全隱藏在類當中，很好地保護了類中數據和行為的安全。所以，趕快把我們的錢包聲明為私有成員吧，這樣小偷就不會訪問到它了。
這裡需要說明的是，如果class關鍵字定義的類當中類成員沒有顯式地說明它的訪問級別，那麼默認情況下它就是私有類型，外界是無法訪問的，由此可見類其實是非常“自私”的（相反地，由struct定義的類中，默認的訪問級別為公有類型）。
我們把前面例子中的Teacher類根據訪問控制加以改寫，以更加真實地反映現實的情況:
// 進行訪問控制後的Teacher類
class Teacher
{
// 公有類型成員
// 外界通過訪問這些成員跟該類進行交互，獲得類提供的服務
public: // 冒號後的變量或者函數都受到它的修飾
// 構造函數應該是公有的，這樣外界才可以利用構造函數創建該類的對象
Teacher(string strName) : m_strName(strName)
{
// …
}
// 老師要為學生們上課，它應該被外界調用，所以這個成員函數是公有類型的
void GiveeLesson()
{
// 在類的內部，可以訪問自身的保護類型和私有類型成員
PrepareLesson(); // 先備課，訪問保護類型成員
cout<<"老師上課。"<<endl;
m_nWallet += 100; // 一節課100塊錢，訪問私有類型成員
}
// 我們不讓別人修改名字，可總得讓別人知道我們的名字吧，
// 對於只可供外界只讀訪問的成員變量，
// 可以提供一個公有的成員函數供外界對其進行讀取訪問
string GetName()
{
return m_strName;
}
// 保護類型成員
// 不能被外界訪問，但是可以被自身訪問，也可以遺傳給下一級子類，
// 供下一級子類訪問
protected:
// 只有自己備課，子類也需要備課，所以設置為保護類型
void PrepareLesson()
{
cout<<"老師備課。"<<endl;
}
// 只有自己可以修改自己的名字，子類也需要這樣的屬性
string m_strName;
private: // 私有類型
int m_nWallet; // 錢包只有自己可以訪問，所以設置為私有類型
};
有了訪問控制之後，現在再對Teacher類對象的成員進行訪問時就需要注意了，我們只能在外界訪問其公有成員，如果試圖訪問其保護類型或者私有類型的成員，就會被毫不留情地拒之門外，吃人家的閉門羹：
int main()
{
// 創建對象時會調用類的構造函數
// 在Teacher類中，構造函數是公有類型，所以可以直接調用
Teacher MrChen("ChenLiangqiao");
// 外部變量，用於保存從對象獲得的數據
string strName;
// 通過類的公有類型成員函數，讀取獲得類中的保護類型的成員變量
strName = MrChen.GetName();
// 錯誤：無法直接訪問類的保護類型和私有類型成員
// 想改我的名字？先要問我答應不答應
MrChen.m_strName = "WangGang";
// 想從我錢包中拿走200塊，那更不行了
MrChen.m_nWallet -= 200;
return 0;
}
在主函數中，我們首先創建一個Teacher類對象，這個創建過程會調用它的構造函數，這就要求構造函數是公有類型。在構造函數中，我們會訪問成員變量m_strName，雖然它是保護類型的，但是可以在類自身的構造函數中對其進行修改。另一方面，為了讓外界也能夠安全地讀取該成員變量的值，我們為Teacher類添加了一個公有類型的成員函數GetName()，這樣就可以通過它讓外界訪問類中保護類型的成員獲得必要的數據。除此之外，Teacher類還提供了一個公有類型的GiveLesson()函數，外界可以直接調用這個函數獲得Teacher類提供的上課服務。而在這個公有類型的成員函數內部，我們還訪問了類中的保護類型和私有類型成員。
以上的訪問都是合理合法的，但是，如果想在類的外部直接訪問保護類型或私有類型的成員，編譯器會幫我們檢測出這個非法訪問，產生一個編譯錯誤提示無法訪問保護或私有類型的成員。這樣，有編譯器幫我們看著，小偷就再也別想動我們的錢包了。
通過對類成員的訪問進行控制，起到了很好地保護數據和行為的作用，防止了數據被外界隨意修改，同時也限制了外界使用不合理的行為。如果對象的某些成員變量因為業務邏輯的需要允許外界訪問（比如這裡的m_strName），也建議采用提供公有接口的方法，讓外界通過公有接口來訪問這些成員變量，而不是直接把這些成員變量設置為公有類型。一般情況下，類的成員變量都應該設置為保護或私有類型。
采用類成員的訪問控制機制之後，很好地實現了數據和行為的隱藏，這種隱藏有效地避免了來自外界的非法訪問，保護了數據和行為的安全。但是，這種嚴格的成員訪問控制是不問緣由的，任何來自外界的對類中隱藏信息（保護或私有類型成員）的訪問都會被拒絕，這樣自然也會將一些合理的訪問擋在門外，給類成員的訪問帶來一些麻煩。例如，有時需要定義某個函數，這個函數不是類的一部分，但又需要頻繁地訪問類的隱藏信息；又或者需要定義某個新的類，因為某種原因，這個類需要訪問另外一個類的隱藏信息，就像現實世界中老婆需要訪問老公的錢包一樣。在這些情況下，我們需要從外界直接訪問類的保護或私有類型成員，但卻被嚴格的成員訪問控制機制擋在了門外。
凡事都有例外。為了給訪問控制機制開個後門，讓外界值得信任的函數或者類能夠訪問某個類的隱藏信息，C++提供了友元機制。它利用“friend”關鍵字，可以將外界的某個函數或者類聲明為類的友元函數或者友元類，兩者統稱為友元。當成為類的友元後，就可以對類的隱藏信息進行訪問了。
友元函數實際上是一個定義在類外部的普通函數，它不屬於任何類。當使用“friend”關鍵字在類的定義中加以聲明後，這個函數就成為類的友元函數，之後它就可以不受類成員訪問控制的限制，直接訪問類的隱藏信息。在類中聲明友元函數的語法格式如下：
class 類名
{
friend 返回值類型 函數名(形式參數列表);
// 類的其他聲明和定義…
};
友元函數的聲明跟類的普通成員函數的聲明是相同的，只不過在函數聲明前加上了friend關鍵字修飾並且定義在類的外部，並不屬於這個類。友元函數的聲明不受訪問控制的影響，既可以放在類的私有部分，也可以放在類的公有部分，它們是沒有區別的。另外，一個函數可以同時是多個類的友元函數，只是需要在各個類中分別聲明。
跟友元函數相似，友元類是定義在某個類之外的另外一個獨立的普通類。因為需要訪問這個類的隱藏信息，所以利用“friend”關鍵字將其聲明為這個類的友元類，賦予它訪問這個類的隱藏信息的能力。成為這個類的友元類之後，友元類的所有成員函數也就相當於成為了這個類的友元函數，自然也就可以訪問這個類中的隱藏信息。
在C++中，聲明友元類的語法格式如下：
class 類名
{
friend class 友元類名;
// 類的其他聲明和定義
};
友元類的聲明跟友元函數的聲明類似，這裡就不再贅述。唯一需要注意的是這裡兩個類之間的相互關系，如果我們希望A類能夠訪問B類的隱藏信息，就在B類中將A類聲明為它的友元類。這就表示A類是B類經過認證後的值得信賴的“朋友”，這樣A類才可以訪問B類的隱藏信息。為了更好地理解友元的作用，還是來看一個實際的例子。假設在之前定義的Teacher類中有一個成員變量m_nSalary記錄了老師的工資信息。工資信息當然是個人隱私需要保護了，所以將其訪問控制級別設置為保護類型，只有自己和派生的子類可以訪問：
class Teacher
{
// …
// 保護類型的工資信息
protected:
int m_nSalary;
};
將m_nSalary 設置為保護類型，可以很好地保護數據安全。但是，在某些特殊情況下，我們又不得不在外界對其進行訪問。比如，稅務局（用TaxationDep類表示）要來查老師的工資收入，他當然應該有權力也有必要訪問Teacher類中m_nSalary這個保護類型的成員；又或者學校想用AdjustSalary()函數給老師調整工資，老師自然樂意它來訪問m_nSalary這個保護類型的成員。在這種情況下，我們就需要把TaxationDep類和AdjustSalary()函數聲明為Teacher類的友元，讓它們可以訪問Teacher類的隱藏信息：
// 擁有友元的Teacher類
class Teacher
{
// 聲明TaxationDep類為友元類
friend class TaxationDep;
// 聲明AdjustSalary()函數為友元函數
friend int AdjustSalary(Teacher* teacher);
// 其他類的定義…
protected:
int m_nSalary; // 保護類型的成員
};
// 在類的外部定義的友元函數
int AdjustSalary(Teacher* teacher)
{
// 在Teacher類的友元函數中訪問它的保護類型的成員m_nSalary
if( teacher != nullptr && teacher->m_nSalary < 1000)
{
teacher->m_nSalary += 500; // 漲工資
return teacher->m_nSalary;
}
return 0;
}
// 友元類
class TaxationDep
{
// 類的其他定義…
public:
void CheckSalary( Teacher* teacher )
{
// 在Teacher類的友元類中訪問它的保護類型成員m_nSalary
if(teacher != nullptr && teacher->m_nSalary > 1000)
{
cout<<"這位老師應該交稅"<<endl;
}
}
};
可以看到，當Teacher類利用“friend”關鍵字將AdjustSalary()函數和TaxationDep類聲明為它的友元之後，在友元中就可以直接訪問它的保護類型的成員m_nSalary，這就相當於為友元打開了一個後門，使其可以翻過訪問控制這道保護牆而直接訪問到類的隱藏信息。
友元雖然能給我們帶來一定的便利，但是“開後門”畢竟不是一件多麼正大光明的事情，在使用友元的時候，還應該注意以下幾點：
l 友元關系不能被繼承。這一點很好理解，我們跟某個類是朋友（即是某個類的友元類），並不表示我們跟這個類的兒子（派生類）同樣是朋友。
l 友元關系是單向的，不具有交換性。比如，TaxationDep類是Teacher類的友元類，稅務官員可以檢查老師的工資，但這並不表示Teacher類也是TaxationDep類的友元類，老師也可以檢查稅務官員的工資。
l 將某個函數或者類聲明為友元，即意味著對方是經過審核認證的，是值得信賴的，所以才授權給它訪問自己的隱藏信息。這也提示我們在將函數或類聲明為友元之前，有必要對其進行一定的審核。只有值得信賴的函數和類才能將其聲明為友元。
友元的使用並沒有破壞封裝
在友元函數或者友元類中，我們可以直接訪問類的保護或私有類型的成員，這個“後門”打開後，很多人擔心這樣會讓類的隱藏信息暴露出來，破壞類的封裝。但事實是，合理地使用友元，不僅不會破壞封裝，反而會增強封裝。
在面向對象的設計中，我們強調的是“高內聚、低耦合”的設計原則。當一個類的不同成員變量擁有兩個不同的生命周期時，為了保持類的“高內聚”，我們經常需要將這些不同生命周期的成員變量分割成兩部分，也就是將一個類分割成兩個類。在這種情況下，被分割的兩部分通常需要直接存取彼此的數據。實現這種情況的最安全途徑就是使這兩個類成為彼此的友元。但是，一些“高手”想當然地認為友元破壞了類的封裝，轉而通過提供公有的 get()和set()成員函數使兩部分可以互相訪問數據。實際上，他們不知道這樣的做法正是破壞了封裝。在大多數情況下，這些 get()和set()成員函數和公有數據一樣差勁：它們僅僅隱藏了私有數據的名稱，而沒有隱藏對私有數據的訪問。
友元的使用，只是向必要的客戶公開類的隱藏數據，比如Teacher類只是向TaxationDep類公開它的隱藏數據，只是讓稅務官可以知道它的工資是多少。這要遠比使用公有的get()/set()成員函數，而讓全世界都可以知道它的工資要安全隱蔽的多。
