柴郡猫技术 |
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原文转载于:http://insaneguy.me/2015/04/05/cheshire_cat_in_cpp-pimpl_idiom/ C++ 中的“柴郡猫技术”(Cheshire Cat Idiom),又称为 PIMPL(Pointer to IMPLementation) ,Opaque Pointer 等,是一种在类中只定义接口,而将私有数据成员封装在另一个实现类中的惯用法。该方法主要是为了隐藏类的数据以及减轻编译时的压力。 “柴郡猫”是什么鬼?就是下面这货: Cheshire CatCheshire Cat 柴郡猫(Cheshire cat)是英国作家刘易斯·卡罗尔(Lewis Carroll,1832-1898)创作的童话《爱丽丝漫游奇境记(Alice’s Adventure in Wonderland)》中的虚构角色,形象是一只咧着嘴笑的猫,拥有能凭空出现或消失的能力,甚至在它消失以后,它的笑容还挂在半空中。 — 来自百度百科 柴郡猫的能力和 PIMPL 的功能相一致,即虽然数据成员“消失”了(被隐藏了),但是我们的“柴郡猫”的笑容还是可以发挥威力。 下面通过例子来介绍一下 PIMPL 。 1 数据隐藏 C++ 中我们在头文件中定义类,比如一个简单的 Student 类由如下方式定义:
// student.h class Student { public: Student(); // Constructor ~Student(); // Destructor void sayHello(std::ostream &out); std::string getName() const; void setName(std::string name); int getAge() const; void setAge(int age); private: string _name; unsigned int _age; }; 这里 _name 和 _age 是 Student 类的私有数据成员。然而使用该类的客户往往更关心类的接口(该类能提供哪些服务),我们希望隐藏 Student 类的私有数据成员,这时候就可以利用 PIMPL 模式:定义一个实现类,将 Student 类的数据封装到这个实现类中,同时在 Student 类中保留一个指向该实现类的指针变量。用代码解释更清楚: // student.h class Student { public: Student(); // Constructor ~Student(); // Destructor void sayHello(std::ostream &out); std::string getName() const; void setName(std::string name); int getAge() const; void setAge(int age); private: class CheshireCat; // Forward declaration CheshireCat *_smileCat; }; // student.cpp #include "student.h" #include #include using namespace std; class Student::CheshireCat { public: CheshireCat() : _name(string("Guy")), _age(18) {} ~CheshireCat() {} string _name; int _age; }; Student::Student() : _smileCat(new CheshireCat()) { } Student::~Student() { delete _smileCat; } void Student::sayHello(std::ostream &out) { out _smileCat->_name = name; } int Student::getAge() { return _smileCat->_age; } void Student::setAge(int age) { _smileCat->_age = age; } 好了,现在Student类的接口没有任何变化,但是头文件中原有的私有数据成员消失了,只留下一只微笑的柴郡猫(CheshireCat *_smileCat;)。 2 节省编译时间 使用 PIMPL 可以帮助我们节省程序编译的时间。考虑下面这个类: // A.h #include "BigClass.h" #include "VeryBigClass" class A { //... private: BigClass big; VeryBigClass veryBig; }; 我们知道C++中有头文件(.h)和实现文件(.cpp),一旦头文件发生变化,不管多小的变化,所有引用它的文件都必须重新编译。对于一个很大的项目,C++一次编译可能就会耗费大量的时间,如果代码需要频繁改动,那真的是不能忍。这里如果我们把 BigClass big; 和 VeryBigClass veryBig; 利用 PIMPL 封装到一个实现类中,就可以减少 A.h 的编译依赖,起到减少编译时间的效果: // A.h class A { public: // 与原来相同的接口 private: struct AImp; AImp *pimpl; }; 3 副作用 使用 PIMPL 需要在堆空间上分配和释放内存,内存开销增加,同时也需要更多的间接指针跳转,因此有一些副作用。 虽然如此,PIMPL 仍然是一种实现数据隐藏、减少编译时间的有效方法。除非会引起显著的程序性能下降,推荐使用 PIMPL 进行设计。 4 C++11 风格的 PIMPL 现代 C++ 中不提倡使用 owning raw pointers 和 delete ,我们可以用智能指针实现 PIMPL。 // myclass.h class MyClass { public: /* ... */ private: class AImpl; // forward declaration unique_ptr _pimpl; // opaque type here }; // myclass.cpp class MyClass::AImpl { /* ... */ }; MyClass::MyClass() : _pimpl(new AImpl()) { /* ... */ } 参考 http://stackoverflow.com/questions/60570/why-should-the-pimpl-idiom-be-used http://en.wikipedia.org/wiki/Opaque_pointer |
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