C++ PIMPL 惯用法：接口與實現分離

動機

類定義中若包含私有數據成員，任何修改（增減成員、改變類型）都會導致所有包含該頭文件的編譯單元重新編譯。PIMPL（Pointer to IMPLementation）將實現細節隱藏至 `.cpp` 文件，實現「編譯期防火牆」。

模式結構

• 公共頭文件 `Public.h`：定義 `Handle` 類（如 `Book`），僅含公共接口與一個指向 `Impl` 的指針 `pimpl`，`Impl` 前置聲明為私有內嵌類。
• 私有頭文件 `Private.h`：定義 `Impl` 類（`Book::BookImpl`），包含所有數據成員與實現邏輯。
• 實現文件 `Book.cpp`：包含 `Private.h`，實現 `Handle` 的轉發函數與 `Impl` 的成員函數。

代碼示例

// Public.h
#ifndef PUBLIC_H
#define PUBLIC_H
class Book {
public:
    Book(); ~Book();
    void print();
private:
    class BookImpl;          // 前置聲明
    BookImpl* pimpl;         // 不完整類型，僅指針
};
#endif

// Private.h
#ifndef PRIVATE_H
#define PRIVATE_H
#include "Public.h"
#include 
class Book::BookImpl {
public:
    void print();
private:
    std::string contents;
    std::string title;
};
#endif

// Book.cpp
#include "Private.h"
#include 
Book::Book() : pimpl(new BookImpl()) {}
Book::~Book() { delete pimpl; }
void Book::print() { pimpl->print(); }
void Book::BookImpl::print() {
    std::cout << "Print from BookImpl\n";
}

// main.cpp
#include "Public.h"
int main() {
    Book book;
    book.print();
    return 0;
}

優缺點權衡

現代 C++ 改進

• 使用 `std::unique_ptr` 管理生命週期，自動處理拷貝/移動（需自定義）。
• C++20 `std::pimpl` 提案（尚未標準化）。