今天在研究C++”接口与实现分离“的时候遇到了一个问题，看似很小，然后背后的东西确值得让人深思！感觉在学习的过程中有太多的为什么，而每一个为什么背后都隐藏着一些原理和目的，所以得多问自己”为什么“，这样才不仅知其然，更知其所以然，才能举一反三、融会贯通，这也是我以前学习不够重视的一个问题，好在”亡羊补牢，犹未晚也！“。
C++中将”接口与实现分离“的两个重要目的就是”降低文件间的编译依存关系“和”隐藏对象的实现细节“，都是考虑到C++的高效和安全。而实现这一目的的关键技术就是”Pimpl模式（pointer to implementation）”，也即是”把一个类所有的实现细节都“代理”给另一个类来完成，而自己只负责提供接口“，而实现”Pimpl模式”的关键又是“依赖对象的声明（declaration）而非定义（definition）”，这样就引出了今天的话题：为什么通过“依赖对象的声明”可以实现Pimpl模式“，进而实现”接口与实现分离“？我们一步步来抽丝剥茧吧！
什么是“前置声明”？
”前置声明“和”include“就是一对冤家！我们先看一个例子：
[cpp]
// A.h
#include "B.h"
class A
{
public:
A(void);
virtual ~A(void);
private:
B b;
};
// B.h
#include "A.h"
class B
{
private:
A a;
public:
B(void);
~B(void);
};
一编译，就出现了一个互包含的问题了，A中有B类型的成员变量所以需要include<b.h>，而B中又有A类型的成员变量也需要include<a.h>，这就导致了循环include，编译是肯定通过不了的！
解决办法就是使用”前置声明“，在A.h中加上class B的声明：
[cpp]
// A.h
#include "B.h"
class B;
class A
{
public:
A(void);
virtual ~A(void);
private:
B b;
};
// B.h
#include "A.h"
class B
{
private:
A a;
public:
B(void);
~B(void);
};
但是，有人知道问题是为什么就被解决的吗，也就是说，加了个前置声明为什么就解决了这样的问题。下面，让我来探讨一下这个前置声明。
前置声明是什么？举个形象点的例子，就是我要盖一个屋子（CHOuse），光有屋子还不行啊，我还得有床（CBed）。但是屋子还没盖好，总不能先买床吧，床的大小我定了，改天买。先得把房子盖好，盖房子的时候我先给床留个位置，等房子盖好了，我再决定买什么样的床。前置声明就是我在声明一个类（CHouse）的时候，用到了另外一个类的定义（CBed），但是CBed还没有定义呢，而且我还先不需要CBed的定义，只要知道CBed是一个类就够了。那好，我就先声明类CBed，告诉编译器CBed是一个类（不用包含CBed的头文件）：
class CBed;
然后在CHouse中用到CBed的，都用CBed的指针类型代（因为指针类型固定大小的，但是CBed的大小只用知道了CBed定义才能确定）。等到要实现CHouse定义的时候，就必须要知道CBed的定义了，那是再包好CBed的头文件就行了。
[cpp]
// House.h
class CBed; // 盖房子时：现在先不买，肯定要买床的
class CHouse
{
CBed& bed; // 我先给床留个位置
// CBed bed; // 编译出错
public:
CHouse(void);
CHouse(CBed& bedTmp);
virtual ~CHouse(void);
void GoToBed();
};
// House.cpp
#include "Bed.h"
#include "House.h" // 等房子开始装修了，要买床了
CHouse::CHouse(void)
: bed(*new CBed())
{
CBed* bedTmp = new CBed(); // 把床放进房子
bed = *bedTmp;
}
CHouse::CHouse(CBed& bedTmp)
: bed(bedTmp)
{
}
CHouse::~CHouse(void)
{
delete &bed;
}
void CHouse::GoToBed()
{
bed.Sleep();
}
“前置声明”的作用？
“前置声明”的作用有2：
（1）解决两个class的相互依赖问题，也就是两个文件相互include，减少头文件的包含层次。比如以上的几个例子！
（2）降低文件之间的“编译依存关系”，从第一个例子我们看到，当我们在类A使用类B的前置声明时，我们修改类B时，只需要重新编译类B，而不需要重新编译a.h的（当然，在真正使用类B时，必须包含b.h）。如果使用include的话，一个文件改变，所有include这个文件的文件都得重新编译，这是非常耗时的！
（3）通过“前置声明”可以实现“接口与实现分离“。我们将需要提供给客户的类分割为两个classes：一个只提供接口，另一个负责实现！例如以下实例：
[cpp]
//XYZ.h
class X{
public:
X();
void Print();
};
class Y{
public:
Y();
void Print();
};
class Z{
public:
Z();
void Print();
};
//XYZ.cpp
#include "stdafx.h"
#include "XYZ.h"
#include <iostream>
X::X(){}
void X::Print(){
std::cout<<"X::Print"<<std::endl;
}
Y::Y(){}
void Y::Print(){
std::cout<<"Y::Print"<<std::endl;
}
Z::Z(){}
void Z::Print(){
std::cout<<"Z::Print"<<std::endl;
}
// AImpl.h
#include "stdafx.h"
#include "XYZ.h"
class AImpl
{
public:
AImpl();
~AImpl();
X* getX();
Y* getY();
Z* getZ();
void doSth();
private:
X* x;
Y* y;
Z* z;
};
//AImpl.cpp
#include "stdafx.h"
#include "Aimpl.h"
#include <iostream>
AImpl::AImpl(){
x = new X();
y = new Y();
z = new Z();
}
AImpl::~AImpl(){
if (x)
{
delete x;
}
if (y)
{
delete y;
}
if (z)
{
delete z;
}
}
X* AImpl::getX(){
return x;
}
Y* AImpl::getY(){
return y;
}
Z* AImpl::getZ(){
return z;
}
void AImpl::doSth(){
x->Print();
y->Print();
z->Print();
}
// A.h
#include "stdafx.h"
#include <memory>
class AImpl;
class X;
class Y;
class Z;
class A
{
public:
A();
X* getX();
Y* getY();
Z* getZ();
void doSth();
private:
std::shared_ptr<AImpl> pImpl;
};
//A.cpp
#include "stdafx.h"
#include "A.h"
#include "Aimpl.h"
A::A(){
pImpl = std::shared_ptr<AImpl>(new AImpl());
}
X* A::getX(){
return pImpl->getX();
}
Y* A::getY(){
return pImpl->getY();
}
Z* A::getZ(){
return pImpl->getZ();
}
void A::doSth(){
pImpl->doSth();
}
//PreDeclaration.cpp
#include "stdafx.h"
#include "A.h"
int main()
{
A a;
a.doSth();
return 0;
}
在这个例子中，A.h是提供给客户使用的头文件，在该文件中定义了class A，其中只含有一个指针成员（pImpl），指向其实现类（AImpl）。在这样的设计之下，使用class A的客户端就完全与X、Y、Z以及AImpl的实现细节分离了，同时实现了“实现细节”的隐藏，这样，无论这些classes的任何实现修改都不需要A的客户端重新编译。
使用“前置声明”的注意事项
（1）在前置声明时，我们只能使用的就是类的指针和引用，自然也就不能调用对象的方法了！
像我们这样前置声明类A：
class A;
是一种不完整的声明，只要类B中没有执行"需要了解类A的大小或者成员"的操作，则这样的不完整声明允许声明指向A的指针和引用。
而在前一个代码中的语句
A a;
是需要了解A的大小的，不然是不可能知道如果给类B分配内存大小的，因此不完整的前置声明就不行，必须要包含A.h来获得类A的大小，同时也要重新编译类B。
再回到前面的问题，使用前置声明只允许的声明是指针或引用的一个原因是：只要这个声明没有执行“需要了解类A的大小或者成员”的操作就可以了，所以声明成指针或引用是没有“执行需要了解类A的大小或者成员的操作”的。
我们将上面这个例子的A.cpp稍作修改：
[cpp]
//A.cpp
#include "stdafx.h"
#include "A.h"
#include "Aimpl.h"
A::A(){
pImpl = std::shared_ptr<AImpl>(new AImpl());
}
X* A::getX(){
return pImpl->getX();
}
Y* A::getY(){
return pImpl->getY();
}
Z* A::getZ(){
return pImpl->getZ();
}
void A::doSth(){
//pImpl->doSth();
getX()->Print();
getY()->Print();
getZ()->Print();
}