PIMPL：隐藏接口的实现细节

小咪咪 2022-12-13 12:42 128阅读 0赞

## 前言 ##

有时候我们需要提供对外的API，通常会以头文件的形式提供。举个简单的例子：  
提供一个从某个指定数开始打印的接口，头文件内容如下：

//来源：公众号编程珠玑
    //作者：守望先生
    #ifndef _TEST_API_H
    #define _TEST_API_H
    //test_api.h
    class TestApi{
      public:
        TestApi(int s):start(s){}
        void TestPrint(int num);
      private:
        int start_ = 0;
    };
    #endif //_TEST_API_H

实现文件如下：

//来源：公众号编程珠玑
    //作者：守望先生
    #include "test_api.h"
    #include <iostream>
    //test_api.cc
    TestApi::TestPrint(int num){
      for(int i = start_; i < num; i++){
        std::cout<< i <<std::endl;
      }
    }

类TestApi中有一个私有变量start\_，头文件中是可以看到的。

#include "test_api.h"
    int main(){
      TestApi test_api{10};
      test_api.TestPrint(15);
      return 0;
    }

## 常规实现缺点 ##

从前面的内容来看， 一切都还正常，但是有什么问题呢？

*  头文件暴露了私有成员
 *  实现与接口耦合
 *  编译耦合

第一点可以很明显的看出来，其中的私有变量star\_能否在头文件中看到，如果实现越来越复杂，这里可能也会出现更多的私有变量。有人可能会问，私有变量外部也不能访问，暴露又何妨？

不过你只是提供几个接口，给别人看到这么多信息干啥呢？这样就会导致实现和接口耦合在了一起。

另外一方面，如果有另外一个库使用了这个库，而你的这个库实现变了，头文件就会变，而头文件一旦变动，就需要所有使用了这个库的程序都要重新编译！

这个代价是巨大的。

所以，我们应该尽可能地保证头文件不变动，或者说，尽可能隐藏实现，隐藏私有变量。

## PIMPL ##

Pointer to implementation，由指针指向实现，而不过多暴露细节。废话不多说，上代码：

//来源：公众号编程珠玑
    //作者：守望先生
    #ifndef _TEST_API_H
    #define _TEST_API_H
    #include <memory>
    //test_api.h
    class TestApi{
      public:
        TestApi(int s);
        ~TestApi();
        void TestPrint(int num);
      private:
        class TestImpl;
        std::unique_ptr<TestImpl> test_impl_;
    };
    #endif //_TEST_API_H

从这个头文件中，我们可以看到：

*  实现都在TestImpl中，因为只有一个私有的TestImpl变量，可以预见到，实现变化时，这个头文件是基本不需要动的
 *  test\_impl\_是一个unique\_ptr，因为我们使用的是现代C++，这里需要注意的一点是，它的构造函数和析构函数必须存在，否则会有编译问题。

我们再来看下具体的实现：

//来源：公众号编程珠玑
    //作者：守望先生
    #include "test_api.h"
    #include <iostream>
    //test_api.cc
    class TestApi::TestImpl{
      public:
        void TestPrint(int num);
        TestImpl(int s):start_(s){}
        TestImpl() = default;
        ~TestImpl() = default;
      private:
        int start_;
    };
    
    void TestApi::TestImpl::TestPrint(int num){
      for(int i = start_; i < num; i++){
        std::cout<< i <<std::endl;
      }
    }
    
    TestApi::TestApi(int s){
        test_impl_.reset(new TestImpl(s));
    }
    
    void TestApi::TestPrint(int num){
      test_impl_->TestPrint(num);
    }
    //注意，析构函数需要
    TestApi::~TestApi() = default;

从实现中看到，TestApi中的TestPrint调用了TestImpl中的TestPrint实现，而所有的具体实现细节和私有变量都在TestImpl中，即便实现变更了，其他库不需要重新编译，而仅仅是在生成可执行文件时重新链接。

## 总结 ##

从例子中，我们可以看到PIMPL模式中有以下优点：

*  降低耦合，头文件稳定，类具体实现改变不影响其他模块的编译，只影响可执行程序的链接
 *  接口和实现分离，提高稳定性

当然了，由于实现在另外一个类中，所以会多一次调用，会有性能的损耗，但是这点几乎可以忽略。

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