C++超详细讲解隐藏私有属性和方法的两种实现方式
时间：2022-10-05 11:20:55 | 栏目：C代码 | 点击：次
在我们编写程序的时候，会将程序模块化，常见的就是用动态链接库的方式，然后导出函数接口或者类。而对于导出类的方式，作为模块的实现者，不论是给第三方使用或者自己的项目使用，应该都不太愿意暴露自己的私有属性和方法，个人碰到的主要有以下两个常见原因：
- 通过隐藏私有属性和方法，让被调用者猜不到其实现方式
- 私有方法中或者属性中，可能会存在一些第三方的头文件或者库的依赖，而对于被调用方来说不应该直接依赖
本文将介绍两种方式来满足以上的需求，一种是抽象类，另一种是pimpl风格. 在找到解决方法的时候，你会发现这样的方式不仅仅满足了原先的需求，还买一赠一地带来了其他的优点。
例子
假设我们有一个DataAcquirer封装为一个动态链接库，用来获取数据的：那么以下代码有几个问题:
- 其只需要暴露GetData这个方法给调用方，但是文件中还包含了头文件HttpClient.h 这个是调用方其实并不需要关心的，这就导致调用方还需要配置头文件的目录，有时候甚至还要配置这个间接依赖的库。那么就给调用方带来了不必要的依赖。
- 有时候想要隐藏类的内部实现细节，但这里通过HttpClient m_pHttpClient私有属性和HttpResponseCode HttpDataGet()私有方法，那么调用方就可能猜到这个数据其实是通过http协议来获取的。
#include <string>
#include "HttpClient.h"
#ifdef DATA_ACQUIRER_DLL_EXPORT
#define DATA_ACQUIRER_DECL __declspec(dllexport)
#else
#define DATA_ACQUIRER_DECL __declspec(dllimport)
#endif
class DATA_ACQUIRER_DECL DataAcquirer
{
public:
DataAcquirer();
~DataAcquirer();
public:
const std::string GetData();
private:
HttpResponseCode HttpDataGet();
HttpClient m_pHttpClient;
};
用抽象类解决问题
如果你知道依赖倒置原则(Dependence Inversion Principle, DIP), 那应该知道，提供给调用方的时候高层模块依赖其抽象。 在软件编写的时候，抽象是必不可少的，他可以降低我们依赖，也能够让我们更加清晰的定义更友好的接口。这个样例中，我们只需要提供GetData的方法/接口，那我们面向接口的设计如下面类图所示:
解释下上述的类图：
- 调用者client操作的是DataAcquirerAbstract作为抽象类，利用多态实际的对象指向的是DataAcquirer
- DataAcquirer通过工厂方法DataAcquirerFactory进行生产
DataAcquirerAbstract.h的内容如下, 声明抽象类:
#pragma once
#include <string>
class DataAcquirerAbstract
{
public:
virtual const std::string GetData() = 0;
};
DataAcquirer.h的内容如下, 声明DataAcquirer :
#pragma once
#include <string>
#include "HttpClient.h"
#include "DataAcquirerAbstract.h"
class DataAcquirer : public DataAcquirerAbstract
{
public:
DataAcquirer();
~DataAcquirer();
public:
virtual const std::string GetData();
private:
HttpResponseCode HttpDataGet();
HttpClient m_pHttpClient;
};
工厂方法部分用于生产DataAcquirer，下面是DataAcquirerFactory .h文件:
#pragma once
#include <memory>
#include "Factory.h"
#include "DataAcquirerAbstract.h"
#ifdef DATA_ACQUIRER_DLL_EXPORT
#define DATA_ACQUIRER_DECL __declspec(dllexport)
#else
#define DATA_ACQUIRER_DECL __declspec(dllimport)
#endif
class DATA_ACQUIRER_DECL DataAcquirerFactory : public Factory
{
public:
virtual std::unique_ptr<DataAcquirerAbstract> CreateDataAcquirer();
};
最后调用者只需要引用DataAcquirerAbstract和DataAcquirerFactory ，如下所示， DataAcquirer对于调用者来说是不可见的。
#include <string>
#include <memory>
#include "DataAcquirerAbstract.h"
#include "DataAcquirerFactory.h"
int main()
{
std::unique_ptr<Factory> factory = std::make_unique<DataAcquirerFactory>();
std::unique_ptr<DataAcquirerAbstract> pObj = factory->CreateDataAcquirer();
std::string strData = pObj->GetData();
//... Do something else
return 0;
}
用Pimpl风格解决问题
Pimpl实际的解决方法也比较简单，将Private/Protected属性和方法放到另一个类中，这个类只需要进行声明，然后通过成员指针的方式，进行属性或者方法的访问。用pimpl改造后的类图如下:
DataAcquirer只给调用者暴露了GetData()方法和m_pImpl未知细节的指针，而这个未知细节的指针，在cpp文件中将含有一些私有的方法和属性，也提供一个相应的GetData()的public方法。
DataAcquirer.h文件实现如下:
#pragma once
#include <string>
#include "HttpClient.h"
#ifdef DATA_ACQUIRER_DLL_EXPORT
#define DATA_ACQUIRER_DECL __declspec(dllexport)
#else
#define DATA_ACQUIRER_DECL __declspec(dllimport)
#endif
class DATA_ACQUIRER_DECL DataAcquirer
{
public:
DataAcquirer();
~DataAcquirer();
public:
const std::string GetData();
private:
class DataAcquirerImpl;
std::unique_ptr<DataAcquirerImpl> m_pImpl;
};
DataAcquirerImpl的具体实现放在DataAcquirer.cpp中:
#include "DataAcquirer.h"
class DataAcquirer::DataAcquirerImpl
{
public:
DataAcquirerImpl() {};
const std::string GetData() { return ""; };
private:
HttpResponseCode HttpDataGet() { return m_pHttpClient.Get(); };
HttpClient m_pHttpClient;
};
DataAcquirer::DataAcquirer() : m_pImpl(new DataAcquirerImpl())
{
}
DataAcquirer::~DataAcquirer()
{
}
const std::string DataAcquirer::GetData()
{
return m_pImpl->GetData();
}
总结
无论是抽象类的方式还是Pimpl风格都达成了接口与实现的分离，并且降低了编译时候的依赖。
以上所说的两种方式，在从无到有编写代码的时候，可以完整的使用这个模式，可是有时候，你需要去维护已有的代码，在原先的导出类中进行一些修改，想要去降低这些依赖，个人认为用Pimpl此时就更适合去做这种扩展修改了。
参考
抽象类方法和Pimpl均在<<Effective C++>> 条款31中提到，只是本人的实现方式会有小小的区别。
另外参考了微软文档<<Pimpl For Compile-Time Encapsulation (Modern C++)>>