続 pImpl × 継承 - squirrel_code @ ウィキ

続 pImpl × 継承

last update: 2010/12/28 (Tue)

pImpl × 継承 の続き

その２では，委譲を継承に置き換えて pImpl の継承を実現した．他のやり方はないだろうか．

pImpl の継承（その３）

ここで pImpl イディオムのクラス間関係をまとめてみる．

関係	その１	その２	候補１	候補２
インターフェイス間	継承	継承	継承	継承
インターフェイス-実装間	委譲	継承	委譲	継承
実装間	継承	継承	委譲	委譲
結果	×	○	×？	○？

よく考えると，ここで必須なのはインターフェイス間の継承だけである．他の関係は実は継承でなくてもよい．しかし，その１での考察から，候補１はまずそうである．そこで候補２を考える．

// pImpl.h
// インターフェイス
class Interface
{
public:
    virtual ~Interface() {}
    virtual void method() = 0;
};

// インターフェイスのファクトリ
class InterfaceFactory
{
public:
    Interface* create();
};

// 派生インターフェイス
class DerivedInterface : public Interface
{
public:
    virtual ~DerivedInterface() {}
    virtual void method2() = 0;
};

// 派生インターフェイスのファクトリ
class DerivedInterfaceFactory
{
public:
    DerivedInterface* create();
};

// pImpl.cpp
#include "pImpl.h"

// インターフェイスの実装
class InterfaceImpl : public Interface
{
public:
    InterfaceImpl() {}
    virtual ~InterfaceImpl() {}
    void method();
};
void InterfaceImpl::method()
     { // method() の実装 }

// インターフェイスのファクトリの実装
Interface* InterfaceFactory::create()
    { return new InterfaceImpl(); }

// 派生インターフェイスの実装
class DerivedInterfaceImpl : public DerivedInterface
{
    InterfaceImpl* impl;
public:
    DerivedInterfaceImpl()
    {
        InterfaceFactory f;
        impl = f.create();
    }
    ~DerivedInterfaceImpl()
        { delete impl; };
    void method()
        { return impl->method(); }
    void method2();
};
void DerivedIntefaceImpl::method2()
    { // method2() の実装 }

// 派生インターフェイスのファクトリの実装
DerivedInterface* DerivedInterfaceFactory::create()
    { return new DerivedInterfaceImpl(); }

おお，これはきれいだ．菱形継承どころか多重継承すら無い．実装の再利用もできている．しかしながら問題点もあって，一番気になるのは DerivedInterfaceImpl クラスが InterfaceImpl クラスの公開メンバにしかアクセスできない点だ．実装クラスなんだから全部公開にしておくとか，friend を使うとかでもよいが，ちょっとイマイチである．

pImpl の継承（その４）

ここで，C++ で委譲を実現するのに，単にポインタを持つ以外の方法があった．普段めったに使わないが， private/protected 継承である．試しに「その３」を private 継承で書き直してみる．

// pImpl.h
// インターフェイス
class Interface
{
public:
    virtual ~Interface() {}
    virtual void method() = 0;
};

// インターフェイスのファクトリ
class InterfaceFactory
{
public:
    Interface* create();
};

// 派生インターフェイス
class DerivedInterface : public Interface
{
public:
    virtual ~DerivedInterface() {}
    virtual void method2() = 0;
};

// 派生インターフェイスのファクトリ
class DerivedInterfaceFactory
{
public:
    DerivedInterface* create();
};

// pImpl.cpp
#include "pImpl.h"

// インターフェイスの実装
class InterfaceImpl : public Interface
{
public:
    InterfaceImpl() {}
    virtual ~InterfaceImpl() {}
    void method();
};
void IntefaceImpl::method()
    { // method() の実装 }

// 派生インターフェイスの実装
class DerivedInterfaceImpl : public DerivedInterface,
    : private InterfaceImpl
{
public:
    DerivedInterfaceImpl() : InterfaceImpl() {}
    ~DerivedInterfaceImpl() {}
    void method()
        { return InterfaceImpl::method(); }
    void method2();
};
void DerivedIntefaceImpl::method2()
    { // method2() の実装 }

// インターフェイスのファクトリの実装
Interface* InterfaceFactory::create()
    { return new InterfaceImpl(); }

// 派生インターフェイスのファクトリの実装
DerivedInterface* DerivedInterfaceFactory::create()
    { return new DerivedInterfaceImpl(); }

おおー！感動，である．DerivedInterfaceImpl の定義がずっと自然になった． InterfaceImpl クラスの非公開メンバにも自由にアクセスできる．素晴らしい．このままでは DerivedInterfaceImpl からさらに継承する場合 InterfaceImpl の非公開メンバにアクセスできなくなるが，そのような場合は protected 継承の出番である．というか protected 継承の使いどころをはじめて見た気がする．

また，Interface が抽象的なインターフェイスであり，インスタンス化されうるのは Interface から派生した様々なクラスのみであるような場合（ただし Interface で機能の一部を実装したい場合になるが）は，InterfaceImpl クラスは Interface クラスを継承する必要がない．つまり Interface - DerivedInteface の継承ツリーでインターフェイスとしてのツリーをつくり，実装の再利用は InterfaceImpl - DerivedInterfaceImpl 系の独立したツリーにすることができる．インスタンス化されうるツリーの末端クラスではじめてインターフェイスツリーと実装ツリーをマージするような設計が可能だ．

ここまでのまとめ

pImpl イディオムの目的としてよく言われている「実装を隠す」，あるいは「ヘッダ依存の分離」のためには，「インターフェイスクラスを実装クラスで継承し，ファクトリクラスを作る．インターフェイスに継承関係がある場合，実装クラスは protected 継承する」が筋がよいように思える．

もとの pImpl との違いを考えると，即値での代入やコピーが実現できないが，インターフェイス間の継承を考えている時点でこれは考慮の外である．

実際のオブジェクトの使用場面で即値での代入やコピーが必要なケースと，インターフェイス間の継承が必要なケースを比べると，後者のほうが需要があると思うのだがいかがだろうか．

というか，ここまで考えてから Effective C++ の記述を読むと，やっと「そいういうことか」と解った気がした． でも protected 継承がほぼ無視されているのが不憫すぎる^^．いい子なんだからもうちょっと光をあててよ．

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参考

• pImpl Idiom - c2.com
• pImplイディオムを語る - ありえるえりあ
• Effective C++ 入門

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コメント

• コメントの投稿テスト -- (tossy_squirrel) 2010-12-29 03:35:18

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