Welche Vorteile und Überlegungen bietet die Verwendung des PIMPL-Idioms in C?

Vorteile des „PIMPL“-Idioms

Im „Pointer to Implementation“ (PIMPL)-Idiom kapselt eine öffentliche Klasse eine interne Struktur oder Klasse (die „Implementierung“), die eine Implementierung bereitstellt, die vor externen Benutzern verborgen bleibt. Diese Technik bietet mehrere Vorteile:

• Schutz des internen Zustands: PIMPL verbirgt Implementierungsdetails und Daten vor Bibliotheksbenutzern und gewährleistet so deren Vertraulichkeit und Schutz vor externen Manipulationen.
• Vereinfachte Schnittstelle: Die öffentliche Klasse bietet Benutzern eine unkomplizierte Schnittstelle, ohne dass unnötige Implementierungskomplexität entsteht. Dies vereinfacht die Codeinteraktion und verringert die Abhängigkeit von Implementierungsspezifika.
• Erhöhte Flexibilität: Änderungen an der Implementierung (z. B. Methodenoptimierungen, Fehlerbehebungen) können innerhalb der PIMPL-Klasse isoliert werden. Dies minimiert die Auswirkungen auf die öffentliche Klasse und verhindert die Notwendigkeit einer umfassenden Neukompilierung des davon abhängigen Codes.

Entwurfsüberlegungen für die „Pimpl-Klasse“

Während PIMPL isoliert die Implementierung. Das Platzieren öffentlicher Methoden in der PIMPL-Klasse statt in der öffentlichen Klasse mag kontraintuitiv erscheinen. Dieser Ansatz stellt jedoch sicher, dass:

• Schnittstellenstabilität: Die öffentliche Klassenschnittstelle bleibt unverändert, auch wenn die Implementierung erhebliche Änderungen erfährt. Diese Stabilität verbessert die Benutzerfreundlichkeit für externe Benutzer.
• Effiziente Kompilierung: PIMPL-Klassenmethoden werden in die Bibliothek kompiliert, wodurch die Anzahl der Dateien reduziert wird, die Benutzer einschließen müssen. Dies verbessert die Kompilierungsleistung und reduziert die Codeabhängigkeit.
• Header-Dateioptimierung: Die Header-Datei der öffentlichen Klasse wird prägnanter und fokussierter und enthält nur die wesentlichen Schnittstellendeklarationen. Dies vereinfacht die Wartung und reduziert die Belastung der Compiler-Präprozessoranweisungen.

Beispielimplementierung mit isolierter Implementierung

Betrachten Sie den folgenden Beispielcode, in dem „Purr( )“-Implementierung ist in der PIMPL-Klasse enthalten:

// header file:
class Cat {
  private:
    class CatImpl;  // PIMPL class
    CatImpl* cat_; // Pointer to PIMPL

  public:
    Cat();            // Constructor
    ~Cat();           // Destructor
    Purr();           // Public method
};

// CPP file:
#include "cat.h"

class Cat::CatImpl {
  public:
    Purr();
};

Cat::Cat() {
    cat_ = new CatImpl;
}

Cat::~Cat() {
    delete cat_;
}

void Cat::Purr() {
    cat_->Purr();
}

void CatImpl::Purr() {
    // Actual implementation of "Purr()"
}

In diesem Beispiel ist die öffentliche Klasse „Cat“ übernimmt die Erstellung und Zerstörung des „CatImpl“-Objekts, delegiert aber die Implementierung von „Purr()“ an die PIMPL-Klasse. Dieser Ansatz stellt sicher, dass die Details der „Purr()“-Implementierung vor externen Benutzern verborgen bleiben und bietet gleichzeitig eine stabile Schnittstelle für die Interaktion mit der „Cat“-Klasse.

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