C++学习笔记之pimpl⽤法详解
前⾔
  本⽂主要给⼤家介绍了关于C++中pimpl⽤法的相关内容，分享出来供⼤家参考学习，下⾯话不多说了，来⼀起看看详细的介绍：
  C++的pImpl可以说是最常见的惯⽤⼿法了，在很多的C++项⽬和C++开发库中都有所见。plmp的缩写就是Pointer to Implementor，顾名思义就是将真正的实现细节的Implementor从类定义的头⽂件中分离出去，公有类通过⼀个私有指针指向隐藏的实现类，是促进接⼝和实现分离的重要机制。
  在C++语⾔中，要定义某个类型的变量或者使⽤类型的某个成员，就必须知道这个类的完整定义，其例外情况是：如果定义这个类型的指针，或者该类型是函数的参数或者返回类型(即使是传值类型的)，那么就可以通过前置声明引⼊这个类型的名字，⽽不需要提供暴露其完整的类型定义，从⽽类型的完整定义可以被隐藏在其他hpp头⽂件或者cpp实现⽂件中，⽽这个指针也被称为不透明指针(opaque pointer)。通常的pImp的⼿法是在API的头⽂件中提供接⼝类的定义以及实现类的前置声明，实现类的本⾝定义和成员函数的实现都隐藏在cpp⽂件中去，同时为了避免实现类的符号污染外部名字空间，实现类⼤多作为接⼝类的内部嵌套类的形式。
⼀、pImpl⼿法的优势和⽬的
1.1 信息隐蔽
  私有成员完全可以隐藏在共有接⼝之外，尤其对于闭源API的设计尤其的适合。同时，很多代码会应⽤平台依赖相关的宏控制，这些琐碎的东西也完全可以隐藏在实现类当中，给⽤户⼀个间接明了的使⽤接⼝再好不过了。
1.2 加速编译
  这通常是⽤pImpl⼿法的最重要的收益，称之为编译防⽕墙(compilation firewall)，主要是阻断了类的实现和类的实现两者的编译依赖性。这样，类⽤户不需要额外include不必要的头⽂件，同时实现类的成员可以随意变更，⽽公有类的使⽤者不需要重新编译。
1.3 更好的⼆进制兼容性
  承接上⾯说的，通常对⼀个类的修改，会影响到类的⼤⼩、对象的表⽰和布局等信息，那么任何该类的⽤户都需要重新编译才⾏。⽽且即使更新的是外部不可访问的private部分，虽然从访问性来说此时只有类成员和友元能否访问类的私有部分，但是由于C++的特性是名字查先于名字查和重载解析的(即使不可访问也会返回调⽤失败，⽽不是视⽽不见)，私有部分的修改也会影响到类使⽤者的⾏为，这也迫使类的使⽤者需要重新编译。⽽对于使⽤pImpl⼿法，如果实现变更被限制在实现类中，那公有类只持有⼀个实现类的指针，所以实现做出重⼤变更的情况下，pImpl也能够保证良好的⼆进制兼容性。
  因此，独⽴和⾃由是pImpl的精髓所在。
1.4 惰性分配
  实现类可以做到按需分配或者实际使⽤时候再分配，从⽽节省资源提⾼响应。如果你意识到这点了，那是很不错的。⼆、公有类和实现类的隔离程度
  由于公有类是实现类的抽象，实现类是公有类的封装隐藏，推荐的隔离⽅式是：将所有⾮virtual的private成员都放置到impl中去，同时将private成员函数需要调⽤的公有函数也放置到impl中去，virtual函数和protected的成员不应当放到impl中去。
  protected的成员放到impl中没有任何的意义，因为protected是相对于继承关系⽽⽣效的；同样的，virtual成员也不应该放到impl中去，因为virtual函数需要被继承链中的派⽣类去override。这⾥需要提到，virtual函数也可以是private的，函数的virtual和access两者是正交毫⽆关联的，即使派⽣类⽆法访问基类的虚函数，但是派⽣类仍然可以override基类的虚函数！这引出了⼀个Template Method的设计模式。
  将private函数需要调⽤到的public⽅法也放到impl中去，是为了避免下⾯所描述的back pointer带来开销的妥协。当然，还有⼀种极端的⽅式是除此以外将所有的public成员都丢到impl中去，那么公有类就相当
于⼀个接⼝类，进⽽所有接⼝都需要⼀个wrapper进⾏调⽤的转发，此时公有类会实现的⽐较⽆趣和杂乱，⽽且⽆法被继承复⽤。
三、pImpl实现需要注意事项
3.1 资源管理
  尽可能避免的使⽤原始指针来创建和delete释放实现类对象，使⽤boost::scoped_ptr或者std::unique_ptr来管理实现类对象，⽽
且如果确实需要实现类共享，可以使⽤boost::shared_ptr来管理。同时scoped_ptr、unique_ptr实现上要⽐shared_ptr⾼效的多。
  如果使⽤智能指针管理实现类对象的话，使⽤unique_ptr则需要⼿动在实现⽂件中定义共有类的析构函数，这是因为虽然unique_ptr和shared_ptr都可以在类型不完全的情况下定义其智能指针，但是unique_ptr其析构函数则需要具有持有类型的完全定义，⽽shared_ptr⽐较智能则没有这个限制。
3.2 拷贝语义
  pImpl最需要关注的就是共有类的复制语义，因为实现类是以指针的⽅式作为共有类的⼀个成员，⽽默
认C++⽣成的拷贝操作只会执⾏对象的浅复制，这显然违背了pImpl的原本意图，除⾮是真的想要底层共享⼀个实现对象。针对这个问题，解决⽅式有：
  a. 禁⽌复制操作，将所有的复制操作定义为private的，或者继承boost::noncopyable，或者在新标准中将这些复制操作定义为delete的即刻；
  b. 显式定义复制语义，创建新的实现类对象，执⾏深度复制操作。此处需要记住0-3-5法则哦，要么不定义拷贝、移动操作符，要定义就需要将他们全部重新定义。
3.3 impl对公有类的反向引⽤
  实现类中的私有成员如果需要访问公有类的公共、保护的成员，就必须要能够引⽤到公有类对象，实现其⼿段有：
  a. impl持有⼀个对公有类对象的指针或者引⽤。虽然⽅便但是往往会有问题：如果持有的是引⽤，则拷贝赋值就难以实现，如果持有的是指针，则需要⼩⼼指针有效性的同步负担(⽐如移动操作)。
  b. 推荐的⽅式，是impl中的这些函数都增加⼀个对公有类的引⽤或者指针，那么其调⽤⽅法类似于：
析构方法pimpl->func(this, params);
3.4 pImpl⼿法的缺点：
  a. 该⼿法需要在调⽤和实现之间插⼊了⼀个指针，公有类在访问私有成员的时候都需要增加mImpl->前缀的⽅式，使⽤、阅读和调试都可能有所不便；
  b. pImpl对拷贝操作⽐较敏感，要么你禁⽌拷贝操作，要么就需要⾃定义拷贝操作；
  c. 编译器将不再能够捕获const⽅法中对成员变量的修改，因为私有成员变量已经从公有类脱离到了实现类当中了，公有类的const只能保护指针值本⾝是否改变，⽽不再能进⼀步保护其所指向的数据。如果要达到类似的保护效果，可以使
⽤std::experimental::propagate_const技术。
  pImpl是⼀个很重要、实⽤的编程技巧，强烈建议掌握之！
总结
以上就是这篇⽂章的全部内容了，希望本⽂的内容对⼤家的学习或者⼯作能带来⼀定的帮助，如果有疑问⼤家可以留⾔交流，谢谢⼤家对的⽀持。

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