c++ - 创建对象时使用类关系进行适当封装

Question

我正在编写一个基于 libusb 的 C++ 包装器练习。我希望我的 API 完全隐藏底层库的实现:用户甚至不应该知道我实际上在使用 libusb。所以我创建了两个类:Context 和 Device。 Device 是使用 open 方法从 Context 创建的。

所以:

//--- context.hpp -------------------
class Context final
{
public:
  Context();
  ~Context();

  std::unique_ptr<Device> open(uint16_t vid, uint16_t pid);

private:
  struct Impl;
  std::unique_ptr<Impl> impl;
};

//--- context.cpp -------------------
struct Context::Impl
{
  libusb_context* ctx;
};

Context::Context()
  : impl(std::make_unique<Impl>())
{ /* ... */ }

//--- device.hpp -------------------
class Device final
{
public:
  Device();
  ~Device();

private:
  struct Impl;
  std::unique_ptr<Impl> _impl;
};

//--- device.cpp -------------------
struct Device::Impl
{
  libusb_device_handle* handle;
}

Device::Device()
  : _impl(std::make_unique<Impl>())
{}

现在的问题是:如何实现open方法？我需要在实现中调用 libusb_open_device_with_vid_pid，它将获取我的 Context::Impl 的 libusb_context* 并将句柄存储在 Device 中::实现。以下是我认为的选项:

1. 我创建了一个 Device 的构造函数，它接受一个指向 Context 的指针，但是 Device 的构造函数没有访问 的权限libusb_context* 调用函数的指针；
2. 我遵循第一点并将 Context::Impl 放在 header 中，并使 Device 成为 Context 的 friend :这听起来很丑虽然；
3. 我创建了一个 Device 的构造函数，它接受一个 libusb_context* 指针:但是我会破坏封装，用户不应该看到 libusb 的细节；
4. 我向 Context 添加了一个 native_handle 方法，这样我就可以做第一个并获得实现指针，但会导致与第三个相同的问题。
5. 我在 open 中进行了函数调用，但是如何使用我得到的 libusb_device_handle* 初始化我的 Device？我不能让 Device 的构造函数采用这样的指针，破坏封装。

Answer 1

friend基于的解决方案实际上是最干净的，这就是friend专为。

// device.hpp
class Device final
{
public:
  ~Device();

private:
  Device();
  struct Impl;
  std::unique_ptr<Impl> impl;
  friend class Context;
};

// device.cpp
struct Device::Impl
{
  libusb_device_handle* handle;
  Impl() : handle(nullptr) {}
}

Device::Device() : impl(new Device::Impl()) {}

std::unique_ptr<Device> Context::open(uint16_t vid, uint16_t pid) {
  std::unique_ptr<Device> result(new Device());
  result->impl->handle = libusb_open_device_with_vid_pid(vid, pid);
  return result;
}

请注意，您实际上可以返回 Device而不是 std::unique_ptr<Device>并将所有绑定(bind)视为值对象以避免额外的间接级别。

编辑:另一种选择是使用空指针。这会以引入潜在不安全的强制转换为代价删除友元声明。

// device.hpp
class Device final
{
public:
  ~Device();

private:
  Device(void *handle);
  struct Impl;
  std::unique_ptr<Impl> impl;
};

// device.cpp
struct Device::Impl
{
  libusb_device_handle* handle;
  Impl(void *handle)
    : handle(static_cast<libusb_device_handle*>(handle)) {}
}

Device::Device(void *handle)
  : impl(new Device::Impl(handle)) {}

std::unique_ptr<Device> Context::open(uint16_t vid, uint16_t pid) {
  void *handle = libusb_open_device_with_vid_pid(vid, pid);
  std::unique_ptr<Device> result(new Device(handle));
  return result;
}