究竟是什么毁了我的impl实现
impl模式早就有过接触(本文特指通过指针完成impl),我晓得它具有以下优点:
- 减少头文件暴露出来的非必要内部类(提供静态库,动态库时尤其重要);
- 减小文件间的编译依存关系,大型代码库的编译时间就不会那么折磨人了。
impl会带来性能的损耗,每次访问都因为指针增加了间接性,还有一个微小的指针内存消耗。但是基于以上优点,除非你十分确定它造成了性能损耗,否则就让它存在吧。
qt中大量使用impl,具体可见https://wiki.qt.io/d-pointer中关于q_d和q_q宏的解释。
然而,如何使用智能指针,我是说基于std::unique_ptr实现正确的impl模式,就有点意思了。
错误做法
#include <boost/noncopyable.hpp> #include <memory> class trace1 : public boost::noncopyable { public: trace1(); ~trace1() = default; void test(); private: class traceimpl; std::unique_ptr<traceimpl> _impl; };
这是我初版代码,关于_impl的实现细节,存放于cpp中,如下所示:
class trace1::traceimpl { public: traceimpl() = default; static std::string test() { return "hello trace1"; } }; trace1::trace1() : _impl(std::make_unique<trace1::traceimpl>()) { } void trace1::test() { std::cout << _impl->test() << std::endl; }
很无情,我遇到了错误,错误如下所示:
为什么会这样呢,报错信息提示traceimpl是一个不完整的类型。
其实,就是编译器看到traceimpl,无法在编译期间确定traceimpl的大小。此处我们使用的是std::unique_ptr,其中存放的是一个指针,没必要知道traceimpl的具体大小(换成std::shared_ptr就不会这个报错)。
错误分析
往上看报错信息,发现std::unique_ptr的析构函数有点意思:
/usr/include/c++/7/bits/unique_ptr.h: in instantiation of ‘void std::default_delete<_tp>::operator()(_tp*) const [with _tp = trace1::traceimpl]’: /usr/include/c++/7/bits/unique_ptr.h:268:17: required from ‘std::unique_ptr<_tp, _dp>::~unique_ptr() [with _tp = trace1::traceimpl; _dp = std::default_delete<trace1::traceimpl>]’ /home/jinxd/clionprojects/impltest/include/trace1.h:16:5: required from ‘void std::default_delete<_tp>::operator()(_tp*) const [with _tp = trace1]’ /usr/include/c++/7/bits/unique_ptr.h:268:17: required from ‘std::unique_ptr<_tp, _dp>::~unique_ptr() [with _tp = trace1; _dp = std::default_delete<trace1>]’
报错信息中,有两段提到了析构函数,而且都是默认析构函数:std::default_delete<_tp>。应该知道,我们的代码在编译的时候,会被编译器往里面添加点作料。按照c++的哲学就是,你不需要知道我们添加了什么,你只需要晓得添加后的结果是什么。可是,为了解决错误,我们必须知道大概添加了什么。
代码中,trace1的析构函数标记为default,函数体中无具体代码,trace1的析构函数有很大的可能性被inline了。如果函数被inline了,那么引用trace1.h的main文件中,析构函数会被文本段落展开。
以前我就就在想,析构函数中没有代码,展开也不应该产生影响。错就错在,编译之后的析构函数被扩展了,塞入了_impl的销毁代码。销毁_impl必然会调用到std::unique_ptr的析构函数。std:unique_ptr在销毁的时候,会调用构造函数中传来的析构函数(如果你没有显式提供析构函数,那么就是用编译器扩展的默认析构函数)。此处调用traceimpl的默认析构函数,发现类只有前置声明(具体实现在trace1.cpp文件中,main中没有引入此文件),因此不知道traceimpl的实际大小。
问题出来了,为什么需要知道traceimpl的实际大小呢?可以认为c++中的new是malloc的封装,执行new的时候,其实就是根据类的大小malloc固定大小的空间,反之,delete也就是释放掉指定大小的空间。你不提供声明,这就让编译器很为难,只能报错了。
解决方式
解决方式很简单,一切都是inline引起的,那么我们就让析构函数outline。通过这种方式,将trace1的析构函数实现转移至trace1.cpp中,从而发现traceimpl的具体实现。代码如下所示:
// trace1.h class trace1 : public boost::noncopyable { public: trace1(); ~trace1(); void test(); private: class traceimpl; std::unique_ptr<traceimpl> _impl; }; // trace1.cpp class trace1::traceimpl { public: traceimpl() = default; static std::string test() { return "hello trace1"; } }; trace1::trace1() : _impl(std::make_unique<trace1::traceimpl>()) { } trace1::~trace1() = default; void trace1::test() { std::cout << _impl->test() << std::endl; }
如此操作,析构函数就可以看见traceimpl的声明,于是就能正确的执行析构操作。
换个姿势
上文中提及了,std::unique_ptr的构造函数中,第二个入参其实是一个仿函数,那么我们也可以通过仿函数解决这个问题,代码如下所示:
// trace2.h class trace2 : public boost::noncopyable { public: trace2(); ~trace2() = default; void test(); private: class traceimpl; class traceimpldeleter { public: void operator()(traceimpl *p); }; std::unique_ptr<traceimpl, traceimpldeleter> _impl; }; // trace2.cpp class trace2::traceimpl { public: traceimpl() = default; static std::string test() { return "hello trace2"; } }; void trace2::traceimpldeleter::operator()(trace2::traceimpl *p) { delete p; } trace2::trace2() : _impl(new trace2::traceimpl, trace2::traceimpldeleter()) { } void trace2::test() { std::cout << _impl->test() << std::endl; }
是的,仿函数的实现置于trace2.cpp中,完美解决问题。
不过我不喜欢这样的写法,因为没法使用std::make_unique初始化_impl,原因就这么简单。
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