創建對象時正確封裝類關係

Question

我正在爲實踐編寫一個C++包裝器，用於libusb。我想讓我的API完全隱藏底層庫的實現：用戶甚至不應該知道我實際上在使用libusb。所以我創建了兩個類：Context和Device。 A Device使用open方法從Context創建。

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>()) 
{} 

現在的問題是：我該如何實現open方法？我需要在執行過程中調用libusb_open_device_with_vid_pid，這將執行我的Context::Impl的libusb_context*並將句柄存儲在Device::Impl中。下面是我想選擇：

1. 我創建的Device一個構造函數採用指針來Context，但Device的構造函數沒有訪問libusb_context*指針調用的函數;
2. 我遵循第一點，並將Context::Impl放在標題中並使Device成爲Context的朋友：儘管這聽起來很醜陋，
3. 我創建了一個Device的構造函數，它需要一個libusb_context*指針：但我會打破封裝，用戶應該不會看到libusb的細節;
4. 我添加一個native_handle方法到Context，所以我可以做第一個並獲得實現指針，但導致與第三個相同的問題。
5. 我在open中進行函數調用，但是如何將Device初始化爲我得到的libusb_device_handle*？我不能有一個Device ctor這樣的指針，打破封裝。

Answer 1

的friend基於解決方案實際上是最乾淨的，這是什麼friend是專爲。

// 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; 
} 

注意，你實際上可以返回Device，而不是std::unique_ptr<Device>和對待所有綁定的值對象，以避免間接的額外水平。

編輯：另一種選擇是使用無效指針。這會以犧牲引入潛在的不安全轉換爲代價去除朋友聲明。

// 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; 
}