隐藏 PImpl 对象拥有的成员的实现

Question

我有一个类，我想为它创建一个接口而不显示任何实现（不是因为它是封闭源代码，而是因为它附带了许多不必要的头文件，例如 OpenGL），让我们称这个类为 Foo。我知道这通常是通过 PImpl-idiom 或虚拟接口完成的，并且我已经为该类实现了 PImpl-idiom。

但是，这个类具有返回其他类的公共函数，这些类也包含这些标头，所以显然我不能按原样返回这些对象，因为这需要我包含我不想包含的标头呸。但是，这些类在库内部经常使用，因此我不想用 PImpl 来实现它们，因为这会引入很多开销（它们在 3D 渲染器的代码中被大量使用）。我们称其中之一为 Bar：

Foo.h:

#include "Bar.h"

class Foo
{

private:
    class impl;

    std::unique_ptr<impl> m_pimpl;

public:
    Foo();
    Bar& get_bar();
};

Foo.cpp:

#include "Foo.h"

class Foo::impl {
private:
    Bar m_bar;

public:
    Bar& get_bar();
};

Foo::Foo() : m_pimpl{std::make_unique<impl>()} 
{ }

Bar& Foo::get_bar() {
    return m_pimpl->get_bar();
}

为此，我需要#include "Bar.h"，但 Bar.h 可能包含我想隐藏的标题。这让我可以选择让 Bar 也使用 PImpl-idiom，但我不希望 Bar 有这种开销，因为 Bar 在 Foo 内部被大量使用。但是，我想出了一个解决这个问题的方法，但我不太确定，因为我以前没有看到它在任何地方使用过：

使用没有拥有指针/引用的 PImpl 来简单地包装一个类并为其创建一个接口。这样开销只适用于 在 Foo 之外的，但在内部它仍然会使用非包装类。

例如，假设 PBar 正在包装 Bar：

PBar.h：

class Bar;

class PBar {
private:
    Bar &m_bar;

public:
    explicit PBar(Bar &bar);
    void do_stuff();
};

PBar.cpp：

#include "PBar.h"

#include "../impl/Bar.h" // This is the actual Bar implementation


PBar::PBar(Bar &bar) : m_bar(bar) {

}

void PBar::do_stuff() {
    m_bar.do_stuff();
}

而 Foo 在创建时使用对对象内部实际 Bar 的引用来实例化 PBar：

Foo.h

#include "PBar.h"

class Foo
{

private:
    class impl;
    std::unique_ptr<impl> m_pimpl;
    PBar m_bar;

public:
    Foo();
    PBar& get_bar() { return m_bar; }
};

Foo.cpp:

class Foo::impl {
private:
    Bar m_bar;

public:
    Bar& get_bar();
};

Foo::Foo() : m_pimpl{std::make_unique<impl>()},
             m_bar(impl->get_bar())
{ }

这种模式曾经被使用过吗？还有其他方法可以解决这个问题吗？原理和 PImpl 差不多，但有什么不好的地方我还没想好？它确实感觉更不干净，但我看不出如何以任何其他方式做到这一点。

另外，我不希望 PBar 或 Bar 都不能在 Foo 之外构造，所以这不是问题。

谢谢！

Answer 1

您不能（不应该）更改引用成员引用的对象：您在此处如何操作：Foo a,b; a=b;（假设您初始化了一个非空的 unique_ptr）。用指针替换引用很容易纠正。

这看起来是个好主意，您所做的是缓存取消引用。但是您正在失去 pimpl 习惯用法的一些效率，并且您将 Foo 的大小增加了一倍。

您是否考虑过制作class impl 标准布局并将Bar 放在impl 内的已知偏移处：

Foo.h

constexpr auto impl_bar_offset = 8;
//...
class Foo{
  private:
    class impl;
    std::unique_ptr<impl> m_impl;
  public:
    bar& get_bar(){
       assert(m_impl);
       return *reinterpret_cast<bar*>(
         reinterpret_cast<unsigned char*>(m_impl.get())+impl_bar_offset);
    }
 };

Foo.cpp

class impl{
  long a_long;
  bar a_bar;
  //...
  };
static_assert(impl_bar_offset==offsetof(impl,a_bar));