लेख "पिंपल माय पिम्पल" का अनुवाद, भाग 1

लेख के पहले भाग में, शास्त्रीय पिंपल मुहावरे (सूचक से कार्यान्वयन, सूचक को लागू करने के लिए) पर विचार किया गया है, इसके फायदे दिखाए गए हैं और इसके आधार पर मुहावरों के आगे विकास पर विचार किया गया है। दूसरा भाग पिंपल का उपयोग करते समय अनिवार्य रूप से उत्पन्न होने वाली खामियों को कम करने पर ध्यान केंद्रित करेगा।

मूल के लिंक

यह Heise Developer के लेख के पहले भाग का अनुवाद है। दोनों भागों के मूल यहां हैं: भाग 1 , भाग 2
यह अनुवाद यहां से एक अंग्रेजी अनुवाद से बनाया गया था।

अमूर्त

मुहावरे के बारे में बहुत कुछ हास्यास्पद नाम Pimpl के साथ लिखा गया है। हाइज डेवलपर इस हाथों के डिजाइन के कुछ पहलुओं पर प्रकाश डालता है जो क्लासिक तकनीक से परे है।

क्लासिक मुहावरा

हर C ++ प्रोग्रामर इस तरह एक वर्ग विवरण में आया होगा:

class Class { // ... private: class Private; //   Private *d; //    }; 

यहां, क्लास क्लास के डेटा फील्ड्स को नेस्टेड क्लास Class::Private ट्रांसफर Class दिया जाता है। Class वर्ग के उदाहरणों में केवल Class::Private वस्तुओं के लिए एक d सूचक होगा।

यह समझने के लिए कि कक्षा के लेखक ने इस तरह के छिपाने का उपयोग क्यों किया, आपको वापस जाने और C ++ मॉड्यूल सिस्टम पर एक नज़र डालने की आवश्यकता है। कई अन्य भाषाओं के विपरीत, C ++ का उत्तराधिकारी, C में अंतर्निहित मॉड्यूल समर्थन नहीं है (यह समर्थन C ++ 0x के लिए पेश किया गया था, लेकिन इसे अंतिम मानक में शामिल नहीं किया गया था)। इसके बजाय, एक दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है जिसमें मॉड्यूल फ़ंक्शन की घोषणा (लेकिन आमतौर पर उनका विवरण नहीं) को हेडर फ़ाइलों में रखा जाता है, जो कि #include प्रीप्रोसेसर निर्देश का उपयोग करके अन्य मॉड्यूल को उपलब्ध कराया जाता है। यह दृष्टिकोण हेडर फ़ाइलों को एक दोहरी भूमिका देता है: एक तरफ, वे मॉड्यूल का इंटरफ़ेस हैं। दूसरी ओर, आंतरिक कार्यान्वयन के संभावित विवरणों की घोषणा के स्थान पर।

सी में, इस दृष्टिकोण ने अच्छी तरह से काम किया: घोषणा और विवरण को अलग करके कार्यों के कार्यान्वयन का विवरण पूरी तरह से समझाया गया था; यह या तो संरचनाओं की प्रारंभिक घोषणा कर सकता है (इस मामले में वे निजी होंगे), या उन्हें हेडर फ़ाइल में सीधे वर्णन करें (तब वे सार्वजनिक होंगे)। "ऑब्जेक्ट ओरिएंटेड सी" में, उपरोक्त Class इस तरह दिख सकता है:

 struct Class; //   typedef struct Class * Class_t; // ->    void Class_new(Class_t *cls); // Class::Class() void Class_release(Class_t cls); // Class::~Class() int Class_f(Class_t cls, double num); // int Class::f(double) // ... 

दुर्भाग्य से, यह C ++ में काम नहीं करता है। कक्षा के अंदर विधियाँ घोषित की जानी चाहिए। विधियों के बिना कक्षाएं बेकार होंगी, इसलिए सी ++ हेडर फ़ाइलों में आमतौर पर वर्ग विवरण होते हैं। क्लास बॉडी के बाद से, नाम स्थान के विपरीत, फिर से खोला नहीं जा सकता है, हेडर फ़ाइल में सभी घोषणाएं (डेटा फ़ील्ड और विधियाँ) होनी चाहिए:

 class Class { public: // ...   ... ok private: // ...     ...   ,     }; 

समस्या स्पष्ट है: मॉड्यूल इंटरफ़ेस (हेडर फ़ाइल) में आवश्यक रूप से कार्यान्वयन विवरण शामिल हैं - एक बुरा दृष्टिकोण। इसलिए, एक क्रूड ट्रिक का उपयोग तब किया जाता है जब सभी कार्यान्वयन विवरण (डेटा फ़ील्ड और निजी तरीके) को एक अलग वर्ग में रखा जाता है:

 // --- class.h --- class Class { public: Class(); ~Class(); // ...   ... void f(double n); private: class Private; Private *d; }; // -- class.cpp -- #include "class.h" class Class::Private { public: // ...     ... bool canAcceptN(double num) const { return num != 0 ; } double n; }; Class::Class() : d(new Private) {} Class::~Class() { delete d; } void Class::f(double n) { if (d->canAcceptN(n)) d->n = n; } 

चूंकि Class::Private इस्तेमाल केवल पॉइंटर वैरिएबल घोषित करते समय किया जाता है, अर्थात "केवल नाम से" (लैकोस), और "आकार के अनुसार" नहीं, एक प्रारंभिक घोषणा पर्याप्त है, जैसा कि शुद्ध सी के मामले में है। Class सभी तरीके अब निजी तरीकों और Class::Private डेटा क्षेत्रों तक Class::Private वर्ग केवल d माध्यम से ।

इस प्रकार, हमें C ++ में पूरी तरह से एनकैप्सुलेटेड मॉड्यूल सिस्टम की सुविधा मिलती है। इंटरमीडिएट चर के उपयोग के कारण, किसी को मेमोरी के ओवरहेड आवंटन ( new Class::Private ) के साथ प्राप्त लाभ के लिए भुगतान करना पड़ता है, डेटा फ़ील्ड्स पर अप्रत्यक्ष रूप से पहुंच, साथ ही inline विधियों की एक पूर्ण अस्वीकृति (कम से कम सार्वजनिक खंड में)। जैसा कि लेख के दूसरे भाग में दिखाया जाएगा, निरंतर तरीकों के शब्दार्थ भी बदलते हैं।

इस लेख के दूसरे भाग से पहले, सुधार के लिए समर्पित या, कम से कम, उपरोक्त कमियों का शमन, हम उन लाभों का वर्णन करने का प्रयास करेंगे जो विचार के तहत मुहावरे का आवेदन देता है।

पिंपल मुहावरे के फायदे

पिम्पल के उपयोग के लाभ पर्याप्त हैं। सभी कार्यान्वयन विवरणों को अलग करते हुए, हमें एक पतली और दीर्घकालिक स्थिर इंटरफ़ेस (हेडर फ़ाइल) मिलती है। पहला एक आसानी से पढ़ा जाने वाला वर्ग वर्णन है; दूसरे के तहत - कार्यान्वयन में महत्वपूर्ण बदलाव के बाद भी द्विआधारी संगतता के लिए समर्थन।

उदाहरण के लिए, Qt 4 क्लास लाइब्रेरी के विकास के दौरान कम से कम दो बार नोकिया के क्यूटी डेवलपमेंट फ्रेमवर्क (पूर्व में ट्रोलटेक) ने क्यूटी 4 का उपयोग करके एप्लिकेशन को रिलेक्स करने की आवश्यकता के बिना विगेट्स के प्रतिपादन में गहरा बदलाव किया है।

Pimpl मुहावरे का उपयोग करते समय विधानसभा के महत्वपूर्ण त्वरण को कम मत समझो, विशेष रूप से बड़ी परियोजनाओं में। शीर्ष लेख फ़ाइलों में #include निर्देशों की संख्या में कमी और Pimpl वर्गों की हेडर फ़ाइलों में परिवर्तन करने की आवृत्ति में उल्लेखनीय कमी के कारण असेंबली त्वरित होती है। पुस्तक में "सी ++ में जटिल समस्याओं का समाधान" ("असाधारण सी ++"), हर्ब सटर ने संकलन गति की निरंतर दोहरीकरण को नोट किया है, और जॉन लैक्स ने यह भी दावा किया है कि विधानसभा परिमाण के दो आदेशों द्वारा त्वरित है।

Pimpl का उपयोग करने का एक और फायदा: डी पॉइंटर्स वाली कक्षाएं लेनदेन-उन्मुख और अपवाद-सुरक्षित कोड के लिए अच्छी तरह से अनुकूल हैं। उदाहरण के लिए, एक डेवलपर एक ट्रांजेक्शनल (सभी या कुछ भी नहीं) कॉपी असाइनमेंट ऑपरेटर बनाने के लिए कॉपी-स्वैप मुहावरे (Satter, Alexandrescu "C ++ प्रोग्रामिंग स्टैंडर्ड", पैरा 56) का उपयोग कर सकता है:

 class Class { // ... void swap(Class &other) { std::swap(d, other.d); } Class &operator=(const Class &other) { //    ,    *this Class copy(other); //     ,    *this swap(copy); return *this; } 

C ++ 0x में चाल कार्यों का कार्यान्वयन तुच्छ है (और, विशेष रूप से, सभी पिम्पल वर्गों के लिए भी):

  //    C++0x: Class(Class &&other) : d(other.d) { other.d = 0; } Class &operator=(Class &&other) { std::swap(d, other.d); return *this; } // ... }; 

इस मॉडल में, विनिमय फ़ंक्शन और असाइनमेंट ऑपरेटरों को वर्ग एनकैप्सुलेशन से समझौता किए बिना, inline रूप में लागू किया जा सकता है; डेवलपर्स इस सुविधा का प्रभावी उपयोग पा सकते हैं।

उन्नत रचना विधियाँ

पिंपल का अंतिम लाभ, जो ध्यान देने योग्य है, डेटा क्षेत्रों के प्रत्यक्ष एकत्रीकरण का उपयोग करके अतिरिक्त गतिशील मेमोरी आवंटन को कम करने की क्षमता है। Pimpl का उपयोग किए बिना, एकत्रीकरण आमतौर पर एक दूसरे से अलग वर्गों के लिए पॉइंटर्स का उपयोग करके किया जाता है (डेटा फ़ील्ड के लिए Pimpl का उपयोग करके)। पूरी कक्षा के लिए पिंपल का उपयोग करके, आप केवल पॉइंटर्स द्वारा जटिल प्रकार के निजी डेटा को स्टोर करने की आवश्यकता से छुटकारा पा सकते हैं।

उदाहरण के लिए, मुहावरेदार क्यूटी संवाद वर्ग

 class QLineEdit; class QLabel; class MyDialog : public QDialog { // ... private: //   Qt: QLabel *m_loginLB; QLineEdit *m_loginLE; QLabel *m_passwdLB; QLineEdit *m_passwdLE; }; 

में बदल जाता है

 #include <QLabel> #include <QLineEdit> class MyDialog::Private { // ... //    Qt,       QLabel loginLB; QLineEdit loginLE; QLabel passwdLB; QLineEdit passwdLE; }; 

क्यूटी पारखी यह नोटिस कर सकते हैं कि QDialog विध्वंसक पहले से ही वंश के विगेट्स को नष्ट कर देता है, इसलिए, प्रत्यक्ष एकत्रीकरण उनके विनाश का दोहरा कारण होगा। दरअसल, इस तकनीक के उपयोग से मेमोरी एलोकेशन सीक्वेंस (दोहरे विलोपन, डीललेशन के बाद उपयोग, आदि) में त्रुटियों का खतरा होता है, खासकर यदि डेटा फ़ील्ड भी वर्ग और इसके विपरीत हैं। हालांकि, दिखाया गया परिवर्तन इस मामले में सुरक्षित है, क्योंकि Qt हमेशा आपको अपने माता-पिता के सामने बच्चों को हटाने की अनुमति देता है।

यह दृष्टिकोण विशेष रूप से प्रभावी है जब इस तरह से एकत्रित डेटा फ़ील्ड खुद पिम्पल वर्गों के उदाहरण हैं। यह अंतिम उदाहरण में ठीक ऐसा ही है, जहां पिंपल मुहावरे का उपयोग आकार sizeof(void*) चार गतिशील मेमोरी आवंटन को संरक्षित करता है, जिसके बजाय केवल एक अतिरिक्त (बड़ा) मेमोरी आवंटन है। यह ढेर के अधिक कुशल उपयोग को जन्म दे सकता है, जैसा कि छोटी स्मृति आवंटन लगातार आवंटन में बड़े ओवरहेड्स बनाते हैं।

इसके अलावा, इस दृष्टिकोण के साथ, कंपाइलर के पास वर्चुअल फ़ंक्शन कॉल "भक्तिपूर्ण" करने का अधिक मौका है, अर्थात। यह डबल इनडायरेक्ट कॉल को हटा देगा जिसमें इनवॉल्ड फंक्शन वर्चुअलिटी होता है। पॉइंटर एग्रीगेशन का उपयोग करते समय, इसके लिए इंटरप्रोडेक्टोरल ऑप्टिमाइज़ेशन की आवश्यकता होती है। किसी भी मामले में, यह अतिरिक्त अप्रत्यक्ष कॉल की पृष्ठभूमि के खिलाफ रनटाइम में प्रदर्शन लाभ देगा; हालांकि, डी-पॉइंटर को विशिष्ट कक्षाओं को प्रोफाइल करके आवश्यक रूप से जांचा जाना चाहिए।

उस मामले में जहां प्रोफाइलिंग से पता चलता है कि गतिशील मेमोरी आवंटन एक अड़चन में बदल रहा है, मुहावरे का उपयोग "फास्ट पिम्पल" ("सी ++ में जटिल समस्याओं को हल करना", पैराग्राफ 30) मदद कर सकता है। इस अवतार में, वैश्विक ऑपरेटर new() बजाय Private वर्ग के उदाहरण बनाने के लिए, एक तेज आवंटन का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए boost::singleton_pool ।

इंटरमीडिएट के निष्कर्ष

पिम्पल एक प्रसिद्ध C ++ मुहावरा है जो एक प्रोग्रामर को किसी वर्ग के इंटरफ़ेस को उसके कार्यान्वयन से उस सीमा तक अलग करने की अनुमति देता है जो C ++ सीधे नहीं करता है। डी-पॉइंटर का उपयोग करने के सकारात्मक दुष्प्रभाव तेजी से संकलन, लेनदेन शब्दार्थों का आसान कार्यान्वयन, और एक कार्यान्वयन बनाने की क्षमता है जो उन्नत रचना विधियों का उपयोग करके रनटाइम में संभवतः अधिक कुशल है।

लेकिन डी-पॉइंटर्स में भी अपनी कमियां हैं: एक अतिरिक्त Private वर्ग बनाने की आवश्यकता के अलावा, इसके लिए गतिशील मेमोरी आवंटन, निरंतर तरीकों के बदलते अर्थ, स्मृति आवंटन अनुक्रम में संभावित त्रुटियां भी चिंता का कारण हैं।

लेख के दूसरे भाग में, लेखक इनमें से कुछ समस्याओं का समाधान दिखाएगा।
जटिलता और भी बढ़ जाएगी, इसलिए प्रत्येक मामले में आपको यह जांचने की आवश्यकता है कि क्या मुहावरे का उपयोग करने के फायदे इसके नुकसान हैं। संदेह के मामले में, इस तरह की जाँच प्रत्येक संदिग्ध वर्ग के लिए की जानी चाहिए। हमेशा की तरह, कोई सामान्य समाधान नहीं है।

आगे क्या है?

इस लेख का दूसरा (और अंतिम) हिस्सा हमें आंतरिक पिंपल डिवाइस से परिचित कराएगा, समस्या क्षेत्रों को प्रकट करेगा और कई सुधारों के साथ मुहावरे को पूरक करेगा।

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