具有继承性的 Pimpl 习语

Question

我想将 pimpl 习惯用法与继承一起使用。

这是基公共类及其实现类：

class A
{
    public:
      A(){pAImpl = new AImpl;};
      void foo(){pAImpl->foo();};
    private:
      AImpl* pAImpl;  
};
class AImpl
{
    public:
      void foo(){/*do something*/};
};

我希望能够创建派生公共类及其实现类：

class B : public A
{
    public:
      void bar(){pAImpl->bar();};    // Can't do! pAimpl is A's private.
};        

class BImpl : public AImpl
{
    public:
      void bar(){/*do something else*/};
};

但我不能在 B 中使用 pAimpl，因为它是 A 的私有类。

所以我看到了一些解决它的方法：

1. 在 B 中创建 BImpl* pBImpl 成员，并使用附加的 A 构造函数 A(AImpl*) 将其传递给 A。
2. 将 pAImpl 更改为受保护（或添加 Get 函数），并在 B 中使用它。B
3. 不应继承自 A。在 B 中创建 BImpl* pBImpl 成员，并在 B 中创建 foo() 和 bar()，这将使用pBImpl。
4. 还有其他办法吗？

我应该选择什么？

Answer 1

class A
{
    public:
      A(bool DoNew = true){
        if(DoNew)
          pAImpl = new AImpl;
      };
      void foo(){pAImpl->foo();};
    protected:
      void SetpAImpl(AImpl* pImpl) {pAImpl = pImpl;};
    private:
      AImpl* pAImpl;  
};
class AImpl
{
    public:
      void foo(){/*do something*/};
};

class B : public A
{
    public:
      B() : A(false){
          pBImpl = new BImpl;
          SetpAImpl(pBImpl);
      };
      void bar(){pBImpl->bar();};    
    private:
      BImpl* pBImpl;  
};        

class BImpl : public AImpl
{
    public:
      void bar(){/*do something else*/};
};

Answer 2

我认为从纯粹面向对象理论的角度来看，最好的方法是不要让BImpl继承AImpl（这就是你在选项3中的意思吗？）。 然而，让 BImpl 派生自 AImpl（并将所需的 impl 传递给 A 的构造函数）也是可以的，前提是 pimpl 成员变量是 const。 使用 get 函数还是直接从派生类访问变量并不重要，除非您想在派生类上强制执行 const 正确性。 让派生类更改 pimpl 不是一个好主意 - 它们可能会破坏 A 的所有初始化 - 并且让基类更改它也不是一个好主意。 考虑您的示例的扩展：

class A
{
protected:
   struct AImpl {void foo(); /*...*/};
   A(AImpl * impl): pimpl(impl) {}
   AImpl * GetImpl() { return pimpl; }
   const AImpl * GetImpl() const { return pimpl; }
private:
   AImpl * pimpl;
public:
   void foo() {pImpl->foo();}


   friend void swap(A&, A&);
};

void swap(A & a1, A & a2)
{
   using std::swap;
   swap(a1.pimpl, a2.pimpl);
}

class B: public A
{
protected:
   struct BImpl: public AImpl {void bar();};
public:
   void bar(){static_cast<BImpl *>(GetImpl())->bar();}
   B(): A(new BImpl()) {}

};

class C: public A
{
protected:
   struct CImpl: public AImpl {void baz();};
public:
   void baz(){static_cast<CImpl *>(GetImpl())->baz();}
   C(): A(new CImpl()) {}
};

int main()
{
   B b;
   C c;
   swap(b, c); //calls swap(A&, A&)
   //This is now a bad situation - B.pimpl is a CImpl *, and C.pimpl is a BImpl *!
   //Consider:
   b.bar(); 
   //If BImpl and CImpl weren't derived from AImpl, then this wouldn't happen.
   //You could have b's BImpl being out of sync with its AImpl, though.
}

虽然您可能没有 swap() 函数，但您可以很容易地想到会发生类似的问题，特别是如果 A 是可分配的，无论是偶然还是有意的。 这有点微妙地违反了里氏可替代性原则。 解决方案是：

1. 构建后不要更改 pimpl 成员。 将它们声明为AImpl * const pimpl。 然后，派生构造函数可以传递适当的类型，并且派生类的其余部分可以放心地向下转型。 但是，您就不能进行非抛出交换、赋值或写时复制等操作，因为这些技术要求您可以更改 pimpl 成员。 然而，如果您有继承层次结构，您可能并不真正打算执行这些操作。

2. 分别为 A 和 B 的私有变量提供不相关（且愚蠢）的 AImpl 和 BImpl 类。 如果B想要对A做某事，那么使用A的公共或受保护的接口。 这也保留了使用 pimpl 的最常见原因：能够将 AImpl 的定义隐藏在派生类无法使用的 cpp 文件中，因此当 A 的实现发生更改时，您的一半程序不需要重新编译。

Answer 3

我会做（1），因为A的私有对B来说无关紧要。

实际上我不会像你建议的那样将它传递给A，因为A在A::A()中创建了自己的私有私有。
从 Bis 调用 pApimpl->whatever() 也不合适（私有意味着私有）。

Answer 4

正如 stefan.ciobaca 所说，如果您确实希望 A 可扩展，您就会希望 pAImpl 受到保护。

但是，您在 void bar(){pAImpl->bar();}; 的 B 中的定义似乎很奇怪，因为 bar 是BImpl 上的方法，而不是 AImpl 上的方法。

至少有三种简单的替代方案可以避免该问题：

1. 您的替代方案 (3)。
2. (3) 的变体，其中 BImpl 扩展 AImpl（继承 foo 的现有实现，而不是定义另一个实现），BImpl< /code> 定义了 bar，而 B 使用其私有的 BImpl* pBImpl 来访问两者。
3. 委托，其中 B 持有指向 AImpl 和 BImpl 的私有指针，并转发 foo 和 >bar 给适当的实施者。

Answer 5

正确的做法是（2）。

一般来说，您可能应该考虑将所有成员变量默认设置为受保护而不是私有。

大多数程序员选择 private 的原因是他们不考虑其他人想要从他们的类中派生，并且大多数介绍性 C++ 手册都教授这种风格，从某种意义上说，所有示例都使用 private。

编辑

代码重复和内存分配是使用 pimp 设计模式的不良副作用，据我所知无法避免。

如果您需要让 Bimpl 继承 Aimpl 并且希望通过 A 和 B 向它们公开一致的接口，则 B 还需要继承 A。

在这种情况下，您可以做的一件事是简化事情，即让 B 继承 A 并只需更改构造函数，以便 B::B(...) {} 创建 Bimpl，并为 Aimpl 中不存在的 Bimpl 的所有方法添加调度。