使用智能指针继承的 pimpl

Question

请参阅我的 PIMPL 继承实现。在derivedclass中，DerivedImpl继承自BaseImpl.

问题：指向 Impl 的指针是否应该像下面的代码一样只在基 class 中定义？如果是这样，每次我需要使用基指针时，我都必须将它转换为派生类型。然而，根据分析结果，静态转换 a shared_ptr 看起来很昂贵，因为这种转换被广泛使用。并且 cast 函数不能在 header 中内联，因为它在那里不完整。

也许我犯了一些错误。或者使用智能指针有更好的实现方式吗？

// Base.h
class BaseImpl; // pre-declaration

class Base
{
public:
    Base();
    explicit Base(BaseImpl* ptr);
    ~Base();

protected:
    std::shared_ptr<BaseImpl> d_Ptr;
};

// baseimpl.h
class BaseImpl
{
    double mDate;
};

// Derived.h
#include "Base.h"

class DerivedImpl;

class Derived :
    public Base
{
public:
    Derived();
    ~Derived();

    std::shared_ptr<DerivedImpl> d_func();
    const std::shared_ptr<DerivedImpl> d_func() const;
};

// Derived.cpp
#include "Derived.h"
#include "DerivedImpl.h"

Derived::Derived() : Base(new DerivedImpl())
{
}

Derived::~Derived()
{
}

std::shared_ptr<DerivedImpl> Derived::d_func()
{
    return std::static_pointer_cast<DerivedImpl>(d_Ptr);
}

const std::shared_ptr<DerivedImpl> Derived::d_func() const
{
    return std::static_pointer_cast<DerivedImpl>(d_Ptr);
}

Answer 1

我认为你通过向 Base 的用户公开 BaseImpl 的详细信息，而不仅仅是类从 Base 但一般来说 Base 的所有用户。出于完全相同的原因，DerivedImpl 也需要隐藏。

我推荐以下内容：

// Base.h
class Base
{
   public:
      Base();
      virtual ~Base();

      // Add copy constructor and copy assignment operator too.
      // Follow the rule of Three/rule of Five.

      // Class that holds the implementation details of Base.
      class Impl;

   private:

      // Never expose the details of Impl
      // and never expose d_Ptr to clients.
      Impl* d_Ptr;
};

// Base.cpp

class Base::Impl
{
   // Add the necessary member variables and functions to facilitate
   // Base's implementation
};

Base() : d_Ptr(new Impl)
{
}

~Base()
{
   delete d_Ptr;
}

// Derived.h
#include "Base.h"

class Derived : public Base
{
   public:
      Derived();
      ~Derived();

      // Add copy constructor and copy assignment operator too.
      // Follow the rule of Three/rule of Five.

      // Class that holds the implementation details of Derived.
      // Has no relation to Base::Impl
      class Impl;

   private:

      // Never expose the details of Impl
      // and never expose d_Ptr to clients.
      Impl* d_Ptr;
};

// Derived.cpp

class Derived::Impl
{
   // Add the necessary member variables and functions to facilitate
   // Derived's implementation
};

Derived() : d_Ptr(new Impl)
{
}

~Derived()
{
   delete d_Ptr;
}

Answer 2

我假设您想要的正是您所描述的，取模实现细节：

publicclasses.
基于相应的继承层次实现classes.
实现对全局命名空间 and/or 宏的可能使用，应限制在单独编译的单元中。

这是一个问题，导出class特定的初始化，弹出例如在 C++ classes 中包装一组低级 GUI 小部件时。在许多其他情况下也是如此。有多种可能的解决方案，但您的 so-far 解决方案是通过基础 class 构造函数将指向实现的指针传递到 top-most 基础，在那里它被提供给派生classes.

不过，您不确定这是个好主意：

” Should the pointer to Impl only defined in base class like the following code?

是的，理想情况下应该如此，因为这种方法可确保始终完整构建可用的基础 class 实例。这就是 C++ 构造函数的基本思想。在初始化之后（例如基数 class sub-object），你要么手头有一个可用的 object，要么什么都没有，即异常或终止。

但是，这种方法解决了两个问题：

如何高效地提供派生的class实现指针？
如何从基础 class 实现派生出一个实现？

后一个问题很容易通过单独的 header 文件来解决。请记住，信息隐藏的目的不是让这些 classes 的源代码在物理上无法访问，尽管这仍然是可能的。但是为了避免全局命名空间的污染，以及macro-land.

第一个问题，也就是你实际问的问题，

” static cast a shared_ptr looks expensive according to profiling result because this cast is extensively used

不是真正的问题。

向下转换函数只需要在代码的实现部分是可访问的，那里有它们的源代码并且可以内联调用。

最后，只是建议，你应该使用unique_ptr，或者没有智能指针，或者自动克隆智能指针，而不是shared_ptr作为实现指针。因为您通常不希望 public class 实例的副本与原始实例共享其实现。除了实现没有状态的情况，在这种情况下动态分配它不是很有意义。

示例：

Base.hpp:

#pragma once

#include <memory>

namespace my {
    using std::unique_ptr;

    class Base
    {
    protected:
        class Impl;

    private:
        unique_ptr<Impl>    p_impl_;

    protected:
        auto p_impl() -> Impl* { return p_impl_.get(); }
        auto p_impl() const -> Impl const* { return p_impl_.get(); }

        Base( unique_ptr<Impl> p_derived_impl );

    public:
        auto foo() const -> char const*;

        ~Base();
        Base();
    };

}  // namespace my

Base.Impl.hpp:

#pragma once
#include "Base.hpp"

class my::Base::Impl
{
public:
    auto virtual foo() const -> char const* { return "Base"; }
    virtual ~Impl() {}
};

Base.cpp:

#include "Base.Impl.hpp"

#include <utility>      // std::move
using std::move;
using std::unique_ptr;

auto my::Base::foo() const
    -> char const*
{ return p_impl()->foo(); }

my::Base::~Base() {}

my::Base::Base()
    : p_impl_( new Impl() )
{}

my::Base::Base( unique_ptr<Impl> p_derived_impl )
    : p_impl_( move( p_derived_impl ) )
{}

Derived.hpp:

#pragma once
#include "Base.hpp"

namespace my {

    class Derived
        : public Base
    {
    protected:
        class Impl;

        Derived( unique_ptr<Impl> p_morederived_impl );

    private:
        auto p_impl() -> Impl*;
        auto p_impl() const -> Impl const*;


    public:
        ~Derived();
        Derived();
    };

}  // namespace my

Derived.Impl.hpp:

#pragma once
#include "Base.Impl.hpp"
#include "Derived.hpp"

class my::Derived::Impl
    : public my::Base::Impl
{
public:
    auto foo() const -> char const*  override { return "Derived"; }
};

Derived.cpp:

#include "Derived.Impl.hpp"

#include <utility>      // std::move
using std::move;
using std::unique_ptr;

inline auto my::Derived::p_impl() -> Impl*
{ return static_cast<Impl*>( Base::p_impl() ); }

inline auto my::Derived::p_impl() const -> Impl const*
{ return static_cast<Impl const*>( Base::p_impl() ); }

my::Derived::~Derived() {}

my::Derived::Derived()
    : Base( unique_ptr<Impl>( new Impl() ) )
{}

my::Derived::Derived( unique_ptr<Impl> p_morederived_impl )
    : Base( move( p_morederived_impl ) )
{}

main.cpp:

#include "Derived.hpp"
#include <iostream>
using namespace std;

auto main() -> int
{
    wcout << my::Derived().foo() << endl;
}

技术性：在 class Derived 中，downcaster 函数是 private，以防止它们被更派生的 class 直接使用。那是因为实现是 inline，并且应该在使用它们的每个翻译单元中进行相同的定义。与其将其划分为更多的 header，更派生的 class should/can 直接从 Base 实现向下转换，就像 Derived 一样。

Answer 3

老掉牙的讨论，但是..我一直在考虑在类的层次结构中使用 pimpl 习语的想法，但我看不出如果不向其中添加多态行为它如何实用暗示。鉴于 pimpl 习惯用法的动机之一是避免 vtable，一旦将多态性添加到 impls 中，您似乎就不再使用经典意义上的 pimpl 习惯用法了。相反，它现在更像是一种桥接模式。它可以解决类似的问题，但其动机有点不同。

使用智能指针继承的 pimpl

pimpl with inheritance using smart pointer

c++

inheritance

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