《Effective C++》之條款31：將文件間的編譯依存關系降至最低

《Effective C++》

條款31：將文件間的編譯依存關系降至最低

       假設你對C++程序的某個class實現文件做了些輕微修改。注意，修改的不是class接口，而是實現，而且只改private成分。然后重新建置這個程序，預計只花數秒就好。畢竟只有一個class被修改。當你按下“Build”按鈕或鍵入make指令時，會大吃一驚，然后感到困窘，因為你意識到整個世界都被重新編譯個連接了！那么問題出在哪里呢？？？

問題出在C++并沒有把“將接口從實現中分離”這事做的很好。Class的定義式不只詳細描述了class接口，還包括十足的實現細目。例如：

#include <string>
#include "date.h"
#include "address.h"
class Person
{
public:
    Person(const std::string& name,const Date& birthday,
           const Address& addr);
    std::string name() const;
    std::string birthDate() const;
    std::string address() const;
    ...
private:
    std::string theName;//實現細目
    Date theBirthDate;//實現細目
    Address theAddress;//實現細目
};

其中：

#include <string>
#include "date.h"
#include "address.h"

       由于這些頭文件，使得Person定義文件和其含入文件之間形成了一種編譯依存關系。如果這些頭文件中有任何一個被改變，或這些頭文件所依賴的其他頭文件有任何改變，那么每一個含入Person class的文件就得重新編譯，任何使用Person class的文件也必須重新編譯。這樣的連串編譯依存關系會對許多項目造成難以形容的災難。

如下是一個解決方案的思路：

將對象實現細目隱藏于一個指針背后。把Person分割成兩個classes，一個只提供接口，另一個負責實現該接口。如果負責實現的那個所謂implementation class 取名為PersonImpl，Person將定義如下：

#include <string>
#include <memory>

class PersonImpl;//Person實現類的前置申明
class Date;//Person接口用到的classes(Date,Address)的前置申明
class Address;

class Person
{
public:
    Person(const std::string& name,const Date& birthday,
           const Address& addr);
    std::string name() const;
    std::string birthDate() const;
    std::string address() const;
    ...
private:
    std::tr1::shared_ptr<PersonImpl> pImpl;//智能指針shared_ptr，指向實物
};

這個分離的關鍵在于以“申明的依存性”替換“定義的依存性”，那正是編譯依存性最小化的本質：現實中讓頭文件盡可能自我滿足，萬一做不到，則讓它與其他文件內的申明式相依。其他每一件事都源自于這個簡單的設計策略：

1.如果使用object reference或object pointers可以完成任務，就不要使用objects。

2.如果能夠，盡量以class申明式替換class定義式。

3.為申明式和定義式提供不同的頭文件。

Handle classes其中具體做法1是將他們的所有函數轉交給相應的實現類并由后者完成實際工作。例如下面是Person兩個成員函數的實現：

#include "Person.h"
#include "PersonImpl.h"

Person::Person(const std::string& name,const Date& birthday,
               const Address& addr)
               : pImpl(new PersonImpl(name,birthday,addr))
{ }

std::string Person::name() const
{
    return pImpl->name();
}

請注意，Person構造函數以new調用PersonImpl構造函數，以及Person::name函數內調用PersonImpl::name。這是重要的，讓Person變成一個Handle class并不會改變它做的事，只會改變它做事的方法。

另一個制作Handle class的辦法是，令Person成為一種特殊的abstract base class，稱為interface class。這種class的目的是詳細一一描述derived classes的接口，因此它通常不帶成員變量，也沒有構造函數，只有一個virtual析構函數以及一組pure virtual函數，用來描述整個接口。

總結：

1. 支持“編譯依存性最小化”的一般構想是：相依于申明式，不要相依于定義式。基于此構想的兩個手段是Handle classes和Interface classes。

2. 程序庫頭文件應該以“完全且僅有申明式”的形式存在。這種做法不論是否設計template都適用。

2016-11-08 23:10:40