C++的PIMPL模式解析

PIMPL(pointer to implementation)是一种常用的，用来对“类的接口与实现”进行解耦的方法。pimpl具有如下优点：

降低模块的耦合 降低编译依赖，提高编译速度 接口与实现分离

为了实现pimpl模式，我们先来看一种普通的类的设计方法。
假如我们要设计一书籍类Book，Book包含目录属性，并提供打印书籍信息的对外接口，Book设计如下：

class = "hljs" css= "" > class Book
{
public :
  void print();

private :
  std::string  m_Contents;
};

Book的使用者只需要知道print()接口，便可以使用Book类，看起来一切都很美好。
然而，当某一天，发现Book需要增加一标题属性，对Book类的修改如下：

class = "hljs" css= "" > class Book
{
public :
  void print();

private :
  std::string  m_Contents;
  std::string  m_Title;
};

虽然使用print()接口仍然可以直接输出书籍的信息，但是Book类的使用者却不得不重新编译所有包含Book类头文件的代码。
为了隐藏Book类的实现细节，实现接口与实现的真正分离，可以使用pimpl模式。
我们依然对Book类提供相同的接口，但Book类中不再包含原有的数据成员，其所有操作都由BookImpl类实现。

class = "hljs" cs= "" > /* public.h */
#ifndef PUBLIC_H_INCLUDED
#define PUBLIC_H_INCLUDED

class Book
{
public :
  Book();
  ~Book();
  void print();

private :
  class BookImpl;  // Book实现类的前置声明
  BookImpl* pimpl;
};

#endif

为简单实现起见，Book类省略了拷贝构造函数和拷贝赋值函数。在实际应用中，应该对这两个函数进行定义。
在对外的头文件public.h中，只包含Book类的外部接口，将真正的实现细节被封装到BookImpl类。为了不对外暴露BookImpl类，将其声明为Book类的内嵌类，并声明为private。

BookImpl类的头文件如下。

class = "hljs" css= "" > /* private.h */
#ifndef PRIVATE_H_INCLUDED
#define PRIVATE_H_INCLUDED

#include public .h
#include

class Book::BookImpl
{
public :
  void print();

private :
  std::string  m_Contents;
  std::string  m_Title;
};

#endif

private.h并不需要提供给Book类的使用者，因此，如果往后需要重新设计书籍类的属性，外界对此一无所知，从而保持接口的不变性，并减少了文件之间的编译依赖关系。

class = "hljs" cpp= "" > /* book.cpp */
#include private .h  // 我们需要调用BookImpl类的成员函数，
                      // 所以要包含BookImpl的定义头文件
#include public .h  // 我们正在实现Book类，所以要包含Book类
                     // 的头文件

Book::Book()
{
  pimpl = new BookImpl();
}

Book::~Book()
{
  delete pimpl;
}

void Book::print()
{
  pimpl->print();
}

/* BookImpl类的实现函数 */

void Book::BookImpl::print()
{
  std::cout << print from BookImpl << std::endl;
}

使用Book类的接口的方法如下：

class = "hljs" vala= "" > /* main.cpp */
#include public .h

int main()
{
    Book book;
    book.print();

    return 0 ;
}

像Book类这样使用pimpl的类，往往被称为handle class，BookImpl类作为实现类，被称为implementation class。
使用pimpl带来的额外开销包括，handle class成员函数的每次调用都必须通过implementation class，这会增加一层间接性，另外，每一个对象都增加了一个implementation class指针的大小。在实际中你需要对这些开销进行权衡。