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柴郡猫技术--C++中的PIMPL设计模式

时间:2015-04-05 23:41:07      阅读:429      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:设计模式   c++   

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原文链接: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:

技术分享

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::string getName() const;
    void setName(std::string name);

    int getAge() const;
    void setAge(int age);

private:
    string _name;
    unsigned int _age;
};

这里 _name_ageStudent 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::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 <iostream>
#include <string>

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()
{
    cout << "Hello! My name is " << 
        _smileCat->_name << "." << endl;
    cout << "I am " << _smileCat->_age << 
        " years old." << endl;
}

string Student::getName()
{
    return _smileCat->_name;
}

void Student::setName(string name)
{
    _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;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。



参考

http://stackoverflow.com/questions/60570/why-should-the-pimpl-idiom-be-used

http://en.wikipedia.org/wiki/Opaque_pointer

柴郡猫技术--C++中的PIMPL设计模式

标签:设计模式   c++   

原文地址:http://blog.csdn.net/insaneguy/article/details/44892049

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