原文转载于:http://insaneguy.me/2015/04/05/cheshire_cat_in_cpp-pimpl_idiom/
C++ 中的“柴郡猫技术”(Cheshire Cat Idiom)，又称为 PIMPL(Pointer to IMPLementation) ，Opaque Pointer 等，是一种在类中只定义接口，而将私有数据成员封装在另一个实现类中的惯用法。该方法主要是为了隐藏类的数据以及减轻编译时的压力。
“柴郡猫”是什么鬼？就是下面这货：
Cheshire CatCheshire Cat
柴郡猫（Cheshire cat）是英国作家刘易斯·卡罗尔（Lewis Carroll,1832-1898）创作的童话《爱丽丝漫游奇境记（Alice’s Adventure in Wonderland)》中的虚构角色，形象是一只咧着嘴笑的猫，拥有能凭空出现或消失的能力，甚至在它消失以后，它的笑容还挂在半空中。
— 来自百度百科
柴郡猫的能力和 PIMPL 的功能相一致，即虽然数据成员“消失”了（被隐藏了），但是我们的“柴郡猫”的笑容还是可以发挥威力。
下面通过例子来介绍一下 PIMPL 。
1 数据隐藏
C++ 中我们在头文件中定义类，比如一个简单的 Student 类由如下方式定义：
| // student.h class Student { public: Student(); // Constructor ~Student(); // Destructor void sayHello(std::ostream &out); std::string getName() const; void setName(std::string name); int getAge() const; void setAge(int age); private: string _name; unsigned int _age; }; |
这里 _name 和 _age 是 Student 类的私有数据成员。然而使用该类的客户往往更关心类的接口（该类能提供哪些服务），我们希望隐藏 Student 类的私有数据成员，这时候就可以利用 PIMPL 模式：定义一个实现类，将 Student 类的数据封装到这个实现类中，同时在 Student 类中保留一个指向该实现类的指针变量。用代码解释更清楚：
| // student.h class Student { public: Student(); // Constructor ~Student(); // Destructor void sayHello(std::ostream &out); std::string getName() const; void setName(std::string name); int getAge() const; void setAge(int age); private: class CheshireCat; // Forward declaration CheshireCat *_smileCat; }; |
| // student.cpp #include "student.h" #include <iostream> #include <string> using namespace std; class Student::CheshireCat { public: CheshireCat() : _name(string("Guy")), _age(18) {} ~CheshireCat() {} string _name; int _age; }; Student::Student() : _smileCat(new CheshireCat()) { } Student::~Student() { delete _smileCat; } void Student::sayHello(std::ostream &out) { out << "Hello! My name is " << _smileCat->_name << "." << endl; out << "I am " << _smileCat->_age << " years old." << endl; } string Student::getName() { return _smileCat->_name; } void Student::setName(string name) { _smileCat->_name = name; } int Student::getAge() { return _smileCat->_age; } void Student::setAge(int age) { _smileCat->_age = age; } |
好了，现在Student类的接口没有任何变化，但是头文件中原有的私有数据成员消失了，只留下一只微笑的柴郡猫（CheshireCat *_smileCat;）。
2 节省编译时间
使用 PIMPL 可以帮助我们节省程序编译的时间。考虑下面这个类：
| // A.h #include "BigClass.h" #include "VeryBigClass" class A { //... private: BigClass big; VeryBigClass veryBig; }; |
我们知道C++中有头文件(.h)和实现文件(.cpp)，一旦头文件发生变化，不管多小的变化，所有引用它的文件都必须重新编译。对于一个很大的项目，C++一次编译可能就会耗费大量的时间，如果代码需要频繁改动，那真的是不能忍。这里如果我们把 BigClass big; 和 VeryBigClass veryBig; 利用 PIMPL 封装到一个实现类中，就可以减少 A.h 的编译依赖，起到减少编译时间的效果：
| // A.h class A { public: // 与原来相同的接口 private: struct AImp; AImp *pimpl; }; |
3 副作用
使用 PIMPL 需要在堆空间上分配和释放内存，内存开销增加，同时也需要更多的间接指针跳转，因此有一些副作用。
虽然如此，PIMPL 仍然是一种实现数据隐藏、减少编译时间的有效方法。除非会引起显著的程序性能下降，推荐使用 PIMPL 进行设计。
4 C++11 风格的 PIMPL
现代 C++ 中不提倡使用 owning raw pointers 和 delete ，我们可以用智能指针实现 PIMPL。
| // myclass.h class MyClass { public: /* ... */ private: class AImpl; // forward declaration unique_ptr<AImpl> _pimpl; // opaque type here }; |
| // myclass.cpp class MyClass::AImpl { /* ... */ }; MyClass::MyClass() : _pimpl(new AImpl()) { /* ... */ } |
参考
http://stackoverflow.com/questions/60570/why-should-the-pimpl-idiom-be-used