Note of Justin

[原創(chuàng)文章歡迎轉(zhuǎn)載，但請(qǐng)保留作者信息]
Justin 于 2009-12-20

大師說(shuō)了，C++的設(shè)計(jì)還是有缺陷的：它無(wú)法把接口(interface)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)(implementation)的設(shè)計(jì)完全劃分開(kāi)來(lái)。比如說(shuō)在一個(gè)類的(接口)聲明當(dāng)中，總是或多或少的會(huì)泄漏一些實(shí)現(xiàn)上的細(xì)節(jié)，雖然這樣做與接口的設(shè)計(jì)并沒(méi)有太多聯(lián)系。
有同學(xué)說(shuō)應(yīng)該多放些代碼一起炒冷飯，是個(gè)好主意，下面是書(shū)中的修改版本，大致是一樣的。

class ?AClass {
public :
??? void ?interface_1();
???std:: string ?interface_2();
??? // ..
private :
??? // ?implementation?details?are?leaking?as?below..
???std:: string ?internalData_1;
???BClass?internalData_2;
??? // ..
}

這些實(shí)現(xiàn)上的細(xì)節(jié)往往需要引用其他頭文件中相關(guān)對(duì)象的定義(比如說(shuō)下面的代碼)，從而產(chǎn)生了對(duì)這些頭文件的(在編譯時(shí)的)依賴。因此每次這些文件中的某個(gè)有變化時(shí)，依賴它的所有文件都需要重新編譯。

#include? < string >
#include? " BClass.h "
// ..

【注意】這里貌似邏輯不是很順：就算沒(méi)有那些私有成員的聲明，接口函數(shù)的返回值如果是string或是BClass等類型，不還是一樣需要依賴引用其他頭文件嗎？其實(shí)這是兩種不一樣的情況，實(shí)現(xiàn)和接口。前面說(shuō)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的泄漏是會(huì)導(dǎo)致編譯依賴的，因?yàn)榫幾g器需要了解這些類型對(duì)象的大小進(jìn)而為其分配內(nèi)存空間；但是接口，比如說(shuō)函數(shù)的返回值或是參數(shù)表中的參數(shù)，就不需要編譯器去考慮分配內(nèi)存的問(wèn)題，因此也就沒(méi)有所謂的編譯依賴了。
問(wèn)題知道了，那么解決辦法呢，大師提出“骨肉分離法”(嗯……其實(shí)是我的杜撰@#￥%)：將聲明(declaration)和定義(definition)分開(kāi)。

呃……下面的比喻，最好吃完飯?jiān)倮^續(xù)。
如果說(shuō)接口是一個(gè)類的骨架，那么實(shí)現(xiàn)就是他的血肉；如果說(shuō)聲明讓你摸到了骨頭，那么定義應(yīng)該就是血和肉生長(zhǎng)的地方。
根據(jù)骨肉分離法，對(duì)于一個(gè)AClass類，第一步先把血肉(定義/實(shí)現(xiàn))剝離開(kāi)，只留下骨架。然后找個(gè)盒子(新建一個(gè)類，比如說(shuō)AClassImpl)，把血肉放進(jìn)去。
接下來(lái)還有一步，在骨頭盒子里(原AClass類)加一條繩子連著血肉盒子(一個(gè)指向AClassImpl的指針)，這樣才不至于讓骨肉真正的分離，只要找到了骨頭盒子，就一定能找到血肉盒子，然后對(duì)于這個(gè)“可憐”的AClass來(lái)說(shuō)，它的全部“零件”都是完整的，啥也沒(méi)丟，但是做到了骨肉分離。

也做到了沒(méi)有編譯依賴。
因?yàn)閷?duì)于AClass的用戶來(lái)說(shuō)，他們面對(duì)的將是一個(gè)沒(méi)有定義的類，這個(gè)類的后繼改動(dòng)，只要不涉及接口的改動(dòng)，都不會(huì)導(dǎo)致用戶程序的重新編譯。
看到這里想想工作時(shí)看到的代碼，原來(lái)前輩也有看過(guò)啊……
對(duì)比前面的例程，給一個(gè)“骨肉分離”了的版本吧：

class ?AClassImpl {
// ..
private :
??? // ?implementation?details?are?moved?here..
???std:: string ?internalData_1;
???BClass?internalData_2;
// ..
}

class ?AClass {
public :
??? void ?interface_1();
???std:: string ?interface_2();
??? // ..
private :
??? // ?there?is?only?a?pointer?to?implementation
???std::tr1::shared_ptr < AClassImpl > ?pImpl;
}

// a?constructor:?instantiations?of?AClass?and?AClassImpl?should?always?be?bound?together.
AClass::AClass( // ..)?:?pImpl(new?AClassImpl( // ..))
{
??? // ..
}

前面的文字是自己的理解，而大師的真言是這樣的：

• 如果可以用指針/引用的話，就不用對(duì)象。
• 如果可以做到僅依賴聲明，就不要依賴定義。
• 為定義和聲明分別準(zhǔn)備兩個(gè)頭文件。這樣一來(lái)，用戶就可以很簡(jiǎn)單做到上面兩點(diǎn)。

如果覺(jué)得骨肉分離太殘忍，大師還有另外一個(gè)工具：工廠(factory)。
第二種方法中，抽象類/接口類提供了所有接口的純虛函數(shù)形式：會(huì)有該類的子類去實(shí)現(xiàn)這些接口。與此同時(shí)，在抽象類/接口類中還會(huì)有一個(gè)靜態(tài)(static)的工廠函數(shù)(比如create()/produce()/factory()……），這個(gè)函數(shù)實(shí)際上起到了構(gòu)造函數(shù)的作用，它“制造”出子類對(duì)象來(lái)完成真正的任務(wù)，同時(shí)返回這個(gè)對(duì)象的指針(通常是智能指針如shared_ptr)。憑借這個(gè)返回的指針就可以進(jìn)行正常的操作，同時(shí)不會(huì)有編譯依賴的擔(dān)心。一個(gè)簡(jiǎn)陋的代碼見(jiàn)下：

class ?AClass: public ?AClassFactory {
public :
???AClass()? {}
??? void ?interface_1();
???std:: string ?interface_2();
??? virtual ? ~ AClass();
// ..
}

class ?AClassFactory {
public :
??? virtual ? void ?interface_1()? = ? 0 ;
??? virtual ?std:: string ?interface_2()? = ? 0 ;
??? // ..
??? virtual ? ~ AClassFactory() { /**/ /* .. */ }
??? static ?std::tr1::shared_ptr < AClassFactory > ?Produce( /**/ /* .. */ )
??? {
?????? // this?factory?function?could?be?more?complicated?in?practice..
?????? return ?std::tr1::shared_ptr < AClassFactory > ( new ?AClass);
???}
// ..
}


// AClassFactory?could?be?used?in?this?way..
std::tr1::shared_ptr < AClassFactory > ?pAClassObject;
pAClassObject? = ?AClassFactory::Produce( /**/ /* .. */ );
// pAClassObject->..