الدوال والفئات الصديقة (Friend)

جزء من قسم Object Oriented Programming في رحلة C++ على Coddy — الدرس 32 من 104.

في بعض الأحيان، تحتاج دالة أو فئة خارج فئتك إلى الوصول إلى أعضائها الخاصة. وبدلاً من جعل تلك الأعضاء عامة، توفر لغة C++ الكلمة المفتاحية friend لمنح وصول انتقائي مع الحفاظ على التغليف (encapsulation).

يتم التصريح عن الـ friend function داخل الـ class ولكنها ليست عضواً في ذلك الـ class. يمكنها الوصول إلى أعضاء الـ class من نوع private و protected:

class Box {
    double width;
    
public:
    Box(double w) : width(w) {}
    
    // التصريح عن printWidth كدالة صديقة (friend)
    friend void printWidth(const Box& b);
};

// تعريف الدالة الصديقة - ليست دالة عضواً
void printWidth(const Box& b) {
    std::cout << b.width;    // يمكنها الوصول إلى العضو الخاص
}

لاحظ أن printWidth مُعرّفة خارج الفئة بدون عامل دقة النطاق (scope resolution operator). إنها دالة عادية تصادف أن لديها امتيازات وصول خاصة.

يمكنك أيضًا جعل فئة كاملة صديقة، مما يمنح جميع دوالها الأعضاء حق الوصول إلى الأعضاء الخاصين:

class Engine {
    int horsepower;
    
    friend class Mechanic;    // يمكن لـ Mechanic الوصول إلى الأعضاء الخاصين
    
public:
    Engine(int hp) : horsepower(hp) {}
};

class Mechanic {
public:
    void diagnose(const Engine& e) {
        std::cout << e.horsepower;    // مسموح به - Mechanic هو صديق (friend)
    }
};

الصداقة ليست متبادلة - إذا قام Engine بالتصريح عن Mechanic كصديق (friend)، فيمكن لـ Mechanic الوصول إلى الأعضاء الخاصين (private members) بـ Engine، ولكن ليس العكس. استخدم الأصدقاء باعتدال، لأنهم يخلقون ترابطاً وثيقاً بين الفئات (classes). إنهم أكثر فائدة لتحميل المعاملات (operator overloading) والوظائف المساعدة (helper functions) ذات الصلة الوثيقة.

التحدي

سهل

لنقم ببناء نظام رسائل آمن حيث تحتاج فئة MessageReader إلى وصول خاص لقراءة الرسائل المشفرة المخزنة في فئة SecureMessage. هذا سيناريو مثالي لاستخدام الدوال الصديقة (friend functions) والفئات الصديقة (friend classes).

ستقوم بإنشاء ملفين لتنظيم الكود الخاص بك:

SecureMessage.h: قم بتعريف فئة SecureMessage التي تخزن بيانات الرسائل الخاصة وتمنح وصولاً انتقائياً للكيانات الموثوقة. يجب أن تحتوي فئتك على:
- أعضاء خاصين (Private members): content (string) و secretKey (int)
- منشئ (constructor) يأخذ المحتوى والمفتاح السري
- تصريح عن MessageReader كفئة صديقة (friend class) حتى تتمكن من الوصول إلى الأعضاء الخاصين
- تصريح عن دالة صديقة decryptMessage(const SecureMessage& msg, int key) تعيد المحتوى فقط إذا كان المفتاح المقدم يطابق المفتاح السري، وإلا تعيد "Access Denied"
ثم قم بتعريف فئة MessageReader في نفس ملف الترويسة (header file):
- دالة readContent(const SecureMessage& msg) تصل مباشرة إلى content الخاص بالرسالة وتعيده
- دالة verifyKey(const SecureMessage& msg, int key) تتحقق مما إذا كان المفتاح المقدم يطابق secretKey الخاص بالرسالة وتعيد "Valid" أو "Invalid"
أخيراً، قم بتعريف الدالة الصديقة decryptMessage بعد الفئات.
main.cpp: استعرض كلاً من الدوال الصديقة والفئات الصديقة أثناء العمل. اقرأ محتوى الرسالة، والمفتاح السري، ومفتاح الاختبار من الإدخال (كل منها في سطر منفصل)، ثم:
- أنشئ كائن SecureMessage بالمحتوى والمفتاح السري
- أنشئ كائن MessageReader
- اطبع "Reader access: <content>" باستخدام دالة readContent() الخاصة بالقارئ
- اطبع "Key verification: <result>" باستخدام verifyKey() مع مفتاح الاختبار
- اطبع "Decrypt with test key: <result>" باستخدام الدالة الصديقة مع مفتاح الاختبار
- اطبع "Decrypt with correct key: <result>" باستخدام الدالة الصديقة مع المفتاح السري الأصلي

تذكر أن الدوال الصديقة يتم تعريفها خارج الفئة بدون عامل دقة النطاق (scope resolution operator) — فهي دوال عادية تتمتع بامتيازات وصول خاصة. فئة MessageReader، لكونها صديقة، يمكنها الوصول مباشرة إلى الأعضاء الخاصين في SecureMessage في جميع دوالها.

قم بتحويل مدخلات المفاتيح من نصوص إلى أعداد صحيحة باستخدام std::stoi(). قم بتضمين ملف الترويسة الخاص بك في main.cpp باستخدام #include "SecureMessage.h".

ورقة مرجعية

تمنح الكلمة المفتاحية friend وصولاً انتقائياً للأعضاء الخاصين (private members) مع الحفاظ على التغليف (encapsulation).

دالة الصديق (Friend Function): هي دالة يتم التصريح عنها داخل الفئة (class) بحيث يمكنها الوصول إلى أعضائها الخاصين (private) والمحميين (protected)، ولكنها ليست عضواً في الفئة:

class Box {
    double width;
    
public:
    Box(double w) : width(w) {}
    
    // التصريح عن دالة الصديق
    friend void printWidth(const Box& b);
};

// التعريف خارج الفئة بدون عامل دقة النطاق (scope resolution operator)
void printWidth(const Box& b) {
    std::cout << b.width;    // يمكن الوصول إلى العضو الخاص
}

فئة الصديق (Friend Class): يمكن التصريح عن فئة كاملة كصديق، مما يمنح جميع دوالها الأعضاء إمكانية الوصول إلى الأعضاء الخاصين:

class Engine {
    int horsepower;
    
    friend class Mechanic;    // جميع دوال Mechanic يمكنها الوصول إلى الأعضاء الخاصين
    
public:
    Engine(int hp) : horsepower(hp) {}
};

class Mechanic {
public:
    void diagnose(const Engine& e) {
        std::cout << e.horsepower;    // مسموح به
    }
};

نقاط رئيسية:

الصداقة ليست متبادلة - إذا صرحت الفئة A بأن الفئة B صديقة لها، فيمكن لـ B الوصول إلى أعضاء A الخاصين، ولكن لا يمكن لـ A الوصول إلى أعضاء B الخاصين إلا إذا صرحت B بذلك.
تُعرف دوال الصديق خارج الفئة بدون استخدام عامل دقة النطاق.
استخدم الأصدقاء (friends) بحذر لأنهم ينشئون ترابطاً وثيقاً (tight coupling) بين الفئات.
تعتبر أكثر فائدة عند تحميل العوامل (operator overloading) والدوال المساعدة ذات الصلة الوثيقة.

جرّب بنفسك

#include <iostream>
#include <string>
#include "SecureMessage.h"
using namespace std;

int main() {
    // قراءة المدخلات
    string messageContent;
    string secretKeyStr;
    string testKeyStr;
    
    getline(cin, messageContent);
    getline(cin, secretKeyStr);
    getline(cin, testKeyStr);
    
    int secretKey = stoi(secretKeyStr);
    int testKey = stoi(testKeyStr);
    
    // TODO: قم بإنشاء SecureMessage بالمحتوى والمفتاح السري secret key
    
    // TODO: قم بإنشاء كائن MessageReader
    
    // TODO: اطبع "Reader access: <content>" باستخدام readContent()
    
    // TODO: اطبع "Key verification: <result>" باستخدام verifyKey() مع test key
    
    // TODO: اطبع "Decrypt with test key: <result>" باستخدام decryptMessage مع test key
    
    // TODO: اطبع "Decrypt with correct key: <result>" باستخدام decryptMessage مع secret key
    
    return 0;
}