pImpl イディオムとは C++ のクラス設計において private 変数や private メソッドをヘッダファイルに配置しないための手法です。
このプロジェクトでは、多くの C++ のクラスで pImpl イディオムを使っています。

pImpl を使う場合と使わない場合の比較

例として、長方形の辺の長さをコンストラクタで受け取り、面積を返すクラスを考えます。 pImpl イディオムを使わない場合、例えば以下のような実装になります。

ヘッダ

class Rectangleon
{
public:
    Rectangleon(double x, double y);
    double area(void) const;
private:
    Rectangleon(void);
    double x_;
    double y_;
}; 

ソース

Rectangleon::Rectangleon(double x, double y) : x_(x), y_(y)
{
}
double Rectangleon::area(void) const
{
    return x_ * y_;
} 

また pImpl を使った場合は、以下のような実装になります。

ヘッダ

#include <memory>
class Rectangleon
{
public:
    Rectangleon(double x, double y);
    ~Rectangleon(void);
    double area(void) const;
private:
    Rectangleon(void);
    struct pImpl;
    std::auto_ptr<pImpl> pimpl;
}; 

ソース

struct Rectangleon::pImpl
{
    double x_;
    double y_;
    pImpl(double x, double y) : x_(x), y_(y)
    {
    }
    double area(void) const
    {
        return x_ * y_;
    }
};
Rectangleon::Rectangleon(double x, double y) : pimpl(new pImpl(x, y))
{
}
Rectangleon::~Rectangleon(void)
{
}
double Rectangleon::area(void) const
{
    return pimpl->area();
} 

pImpl イディオムを使うと、ヘッダファイルから private 変数の x_, y_ という変数がなくなるかわりに pimpl という private 変数が追加されています。また、ソースコードからは area() 関数が pImpl 構造体に移動しています。

この変更により実現できたことは「ヘッダファイルから実装の詳細を取り除く」ということです。このことにより、

ヘッダファイルとコンパイル済みライブラリをリリースする場合に、ヘッダファイルで private 変数やメソッドを公開しなくてすむ。
実装を変更するときに、ヘッダファイルを変更する可能性が減る。

という利点が得られます。

大抵の場合、ヘッダファイルが変更されると、そのヘッダファイルを include しているソースコードのコンパイルも必要になります。つまり Rectangleon.h というファイルを３つのソースコードが include している場合は、それら３つのソースコードの再コンパイルが必要になります。

pImpl イディオムを用いて、コードの変更が Rectangleon.h から Rectangleon.cpp になれば、再コンパイルが必要になるのは Rectangleon.cpp １つのみにできます。

また、最後に pImpl イディオムを導入するデメリットを説明します。
pImpl イディオムを導入すると、クラスのコンストラクタ時に pImpl オブジェクトを new するコストと pimpl の変数やメソッドにアクセスするときに pimpl オブジェクトを介してアクセスするだけのコストが生じます。また、コードは多少繁雑になります。

pImpl を使う場合と使わない場合の比較

参考文献