就节省编译时间来说，Precompiled Header和Pimpl范式哪个更好？
在讨论预编译头（Precompiled Header, PCH）和 Pimpl（Pointer to Implementation）范式在节省编译时间方面的优劣时，我们需要深入理解它们各自的作用机制以及对编译流程的影响。
核心问题： 节省编译时间。
两者各自的出发点：
预编译头 (PCH): 主要目标是减少重复编译已经包含的头文件的时间。当你的项目包含大量的头文件，并且这些头文件的内容相对稳定时，PCH 可以将这些头文件一次性编译成一个预编译的二进制文件。之后，当其他源文件包含这些头文件时，编译器可以直接使用预编译好的二进制文件，而无需重新解析和处理原始的文本头文件。
Pimpl 范式 (Pointer to Implementation): 主要目标是实现接口与实现的隔离。通过将类的具体实现细节隐藏在一个私有的实现类（通常称为“pimpl”）中，并只在公共接口中暴露一个指向该实现类的指针，可以有效地解耦类定义与其实现。
它们在节省编译时间上的作用机制：
预编译头 (PCH)
工作原理：
1. 选择头文件： 你选择一组“稳定”的、经常被包含的头文件（例如标准库头文件、项目中的核心库头文件等）来创建一个 PCH 文件。
2. 预编译： 使用编译器特定的选项（如 GCC/Clang 的 `include` 和 `pch`，MSVC 的 `/Yc`）将这些头文件一次性编译成一个特殊的二进制文件（`.pch` 或其他编译器内部格式）。这个过程是耗时的，因为它需要解析、处理和生成代码。
3. 使用 PCH： 当你的其他源文件包含这些头文件时，你需要在编译时告诉编译器去使用这个预编译好的 PCH 文件（如 GCC/Clang 的 `includepch`，MSVC 的 `/Yu`）。编译器会直接加载 PCH 文件，而不是重新解析原始头文件。
对节省编译时间的好处：
显著减少重复解析和处理时间： 对于包含大量公共头文件（尤其是标准库头文件，如 ``, ``, `` 等）的项目，以及大型项目中的多个源文件都包含相同集合的头文件时，PCH 的效果非常显著。每次编译一个源文件时，不再需要从头开始解析 `iostream` 的所有依赖项，而是直接读取已编译好的二进制信息。
加速增量编译（在某些情况下）： 如果你修改了不属于 PCH 的源文件或头文件，而 PCH 本身保持不变，那么编译这些源文件时可以使用 PCH 来加速。
PCH 的局限性和缺点（与编译时间相关）：
创建 PCH 本身耗时： 生成 PCH 的过程是一次性的，但通常非常耗时。
“污染”效应： 如果 PCH 文件包含了太多不必要的头文件，或者 PCH 中的某个头文件发生改变，那么所有依赖于该 PCH 的源文件都需要重新编译（即使它们只使用了 PCH 中很小一部分内容）。这可能导致不必要的全量编译。
维护成本： 需要维护哪些头文件应该放入 PCH，以及何时需要重新生成 PCH。
编译环境敏感性： PCH 通常与编译器版本、编译器选项、操作系统以及目标平台紧密绑定， portability 较差。
不是所有编译器都支持或以相同方式支持： 虽然主流编译器都支持 PCH，但具体的选项和行为可能有所不同。
Pimpl 范式 (Pointer to Implementation)
工作原理：
1. 定义接口类： 创建一个公共的类（Interface Class），它只包含公共成员函数和一些私有成员，其中一个私有成员是指向实现类（Implementation Class）的指针。
2. 定义实现类： 创建一个私有的实现类（Implementation Class），它包含所有具体的实现细节，包括所有数据成员和实现函数。
3. 实现构造和析构： 接口类负责创建和销毁实现类对象。
4. 成员函数委托： 接口类的公共成员函数通过指向实现类指针来调用实现类中的对应函数。
示例：
```c++
// 接口类 (Interface Class)
class MyClass {
public:
MyClass();
~MyClass();
void doSomething(); // 公共接口
private:
struct Impl; // 前向声明
Impl pimpl; // 指向实现类的指针
};
// 实现类 (Implementation Class)
// 通常放在 .cpp 文件中，或者作为接口类的私有嵌套类
struct MyClass::Impl {
// 具体的实现细节
int data;
void internalLogic();
};
// .cpp 文件实现
include "MyClass.h" // 包含 MyClass 的定义
include // 假设 doSomething 需要 iostream
MyClass::MyClass() : pimpl(new Impl{42}) {
std::cout << "MyClass constructed" << std::endl;
}
MyClass::~MyClass() {
delete pimpl;
std::cout << "MyClass destructed" << std::endl;
}
void MyClass::doSomething() {
std::cout << "MyClass::doSomething() called, data = " << pimpl>data << std::endl;
pimpl>internalLogic();
}
void MyClass::Impl::internalLogic() {
std::cout << "MyClass::Impl::internalLogic() executed" << std::endl;
}
// 另一个 .cpp 文件
include "MyClass.h"
include // 假设这个文件也需要 vector
int main() {
MyClass obj;
obj.doSomething();
return 0;
}
```
对节省编译时间的好处：
接口与实现解耦： 这是 Pimpl 的主要优势。当你在实现类中修改实现细节（例如改变数据成员、优化算法），但接口保持不变时，只有实现类所在的 `.cpp` 文件需要重新编译。所有使用接口类但没有直接包含实现细节的源文件（例如 `include "MyClass.h"` 的文件）不需要重新编译，因为它们只依赖于 `MyClass` 的公共定义和 `Impl` 的前向声明。
减少依赖传播： 如果实现类依赖于许多其他头文件，这些依赖被隔离在实现类所在的 `.cpp` 文件中。使用接口的源文件只需包含接口类的头文件，而无需引入实现类所引入的额外依赖，从而减少了编译时间中的依赖链。
减少头文件数量的暴露： 公共头文件变得更小、更精炼，包含了最少必要的信息。
Pimpl 的局限性和缺点（与编译时间相关）：
虚函数的开销： 每次成员函数调用都需要一次间接的指针解引用，这可能会产生微小的运行时性能开销，尽管通常可以被编译器优化。
内存开销： 每个接口类的实例都需要额外的内存来存储指向实现类指针。
构造和析构的开销： 涉及到动态内存分配和释放，可能会增加一些运行时开销。
对象体积的“隐藏”： 尽管接口类的声明很小，但其对象的实际内存占用可能比声明看起来要大得多。
对编译时间的影响不是“一次性”的加速，而是“持续性”的减少： Pimpl 的优势体现在长期维护和频繁修改实现时，能够避免大量不必要的重编译。它不是通过预先编译大量代码来一次性加速，而是通过结构性的解耦来减少编译成本。
比较总结：哪个更好？
就“节省编译时间”这个单一目标而言，PCH 和 Pimpl 的侧重点和适用场景不同，不能简单地说哪个“更好”，而是哪个在特定情况下更有效。
PCH 更擅长解决“我有很多稳定的公共头文件需要频繁包含”的问题。 如果你的项目大量依赖于 Qt、Boost、STL 等大型且稳定的库，并且这些库的头文件是你项目的常见依赖，那么 PCH 可以极大地加速初始编译和每次修改非 PCH 相关代码后的增量编译。它提供的是一次性、大幅度的加速。
Pimpl 更擅长解决“我需要频繁修改类的内部实现，并且不希望这些修改导致大量代码重新编译”的问题。 如果你正在开发一个大型类库或框架，并且你预期类的内部结构会频繁变动，但公共接口相对稳定，那么 Pimpl 可以持续性地减少因实现变化而引起的重编译。它的优势在于解耦和降低修改成本。
在实际应用中，它们是可以结合使用的：
你可以使用 Pimpl 来隔离类的实现，减少头文件的依赖。
然后，你可以将那些被大量源文件使用的、稳定的公共接口类头文件（这些类可能就是你项目中使用的 Pimpl 接口类）放入 PCH 中。
一个简单的类比：
PCH 就像你把一本非常厚的参考书（包含很多基础知识）提前翻译成你熟悉的语言并打包好。 每次你需要查阅这些基础知识时，直接拿打包好的译本，比每次都去翻译原书快得多。
Pimpl 就像你为某个复杂设备（如一个高性能引擎）设计一个操作手册，但具体引擎的内部构造、零件列表、组装方式都在另一本内部手册里。 你只需要对外公布操作手册。当内部手册（引擎实现）更新时，只要操作方式不变，所有使用操作手册的人都不需要知道内部的改动，也无需更新他们自己的使用指南。
结论：
如果你追求的是整体项目编译速度的“大幅提升”，尤其是对于大量重复包含稳定头文件的情况，那么预编译头 (PCH) 通常是更直接、更有效的解决方案。
如果你追求的是类的演进和维护的“弹性”，降低因实现细节变化带来的编译连锁反应，那么 Pimpl 范式是更好的选择。
在许多大型项目中，两者往往是相辅相成的。很多时候，我们会先考虑使用 Pimpl 来优化类的设计和减少编译依赖，然后，如果发现仍然存在大量公共头文件需要包含且内容稳定，再考虑引入 PCH 来进一步加速。然而，如果过度使用 PCH，或者 PCH 本身变得过于庞大和复杂，也可能引入新的维护和编译问题。因此，在选择和使用时，需要根据项目的具体情况和需求进行权衡。
核心问题： 节省编译时间。
两者各自的出发点：
预编译头 (PCH): 主要目标是减少重复编译已经包含的头文件的时间。当你的项目包含大量的头文件，并且这些头文件的内容相对稳定时，PCH 可以将这些头文件一次性编译成一个预编译的二进制文件。之后，当其他源文件包含这些头文件时，编译器可以直接使用预编译好的二进制文件，而无需重新解析和处理原始的文本头文件。
Pimpl 范式 (Pointer to Implementation): 主要目标是实现接口与实现的隔离。通过将类的具体实现细节隐藏在一个私有的实现类（通常称为“pimpl”）中，并只在公共接口中暴露一个指向该实现类的指针，可以有效地解耦类定义与其实现。
它们在节省编译时间上的作用机制：
预编译头 (PCH)
工作原理：
1. 选择头文件： 你选择一组“稳定”的、经常被包含的头文件（例如标准库头文件、项目中的核心库头文件等）来创建一个 PCH 文件。
2. 预编译： 使用编译器特定的选项（如 GCC/Clang 的 `include` 和 `pch`，MSVC 的 `/Yc`）将这些头文件一次性编译成一个特殊的二进制文件（`.pch` 或其他编译器内部格式）。这个过程是耗时的，因为它需要解析、处理和生成代码。
3. 使用 PCH： 当你的其他源文件包含这些头文件时，你需要在编译时告诉编译器去使用这个预编译好的 PCH 文件（如 GCC/Clang 的 `includepch`，MSVC 的 `/Yu`）。编译器会直接加载 PCH 文件，而不是重新解析原始头文件。
对节省编译时间的好处：
显著减少重复解析和处理时间： 对于包含大量公共头文件（尤其是标准库头文件，如 `
加速增量编译（在某些情况下）： 如果你修改了不属于 PCH 的源文件或头文件，而 PCH 本身保持不变，那么编译这些源文件时可以使用 PCH 来加速。
PCH 的局限性和缺点（与编译时间相关）：
创建 PCH 本身耗时： 生成 PCH 的过程是一次性的，但通常非常耗时。
“污染”效应： 如果 PCH 文件包含了太多不必要的头文件，或者 PCH 中的某个头文件发生改变，那么所有依赖于该 PCH 的源文件都需要重新编译（即使它们只使用了 PCH 中很小一部分内容）。这可能导致不必要的全量编译。
维护成本： 需要维护哪些头文件应该放入 PCH，以及何时需要重新生成 PCH。
编译环境敏感性： PCH 通常与编译器版本、编译器选项、操作系统以及目标平台紧密绑定， portability 较差。
不是所有编译器都支持或以相同方式支持： 虽然主流编译器都支持 PCH，但具体的选项和行为可能有所不同。
Pimpl 范式 (Pointer to Implementation)
工作原理：
1. 定义接口类： 创建一个公共的类（Interface Class），它只包含公共成员函数和一些私有成员，其中一个私有成员是指向实现类（Implementation Class）的指针。
2. 定义实现类： 创建一个私有的实现类（Implementation Class），它包含所有具体的实现细节，包括所有数据成员和实现函数。
3. 实现构造和析构： 接口类负责创建和销毁实现类对象。
4. 成员函数委托： 接口类的公共成员函数通过指向实现类指针来调用实现类中的对应函数。
示例：
```c++
// 接口类 (Interface Class)
class MyClass {
public:
MyClass();
~MyClass();
void doSomething(); // 公共接口
private:
struct Impl; // 前向声明
Impl pimpl; // 指向实现类的指针
};
// 实现类 (Implementation Class)
// 通常放在 .cpp 文件中，或者作为接口类的私有嵌套类
struct MyClass::Impl {
// 具体的实现细节
int data;
void internalLogic();
};
// .cpp 文件实现
include "MyClass.h" // 包含 MyClass 的定义
include
MyClass::MyClass() : pimpl(new Impl{42}) {
std::cout << "MyClass constructed" << std::endl;
}
MyClass::~MyClass() {
delete pimpl;
std::cout << "MyClass destructed" << std::endl;
}
void MyClass::doSomething() {
std::cout << "MyClass::doSomething() called, data = " << pimpl>data << std::endl;
pimpl>internalLogic();
}
void MyClass::Impl::internalLogic() {
std::cout << "MyClass::Impl::internalLogic() executed" << std::endl;
}
// 另一个 .cpp 文件
include "MyClass.h"
include
int main() {
MyClass obj;
obj.doSomething();
return 0;
}
```
对节省编译时间的好处：
接口与实现解耦： 这是 Pimpl 的主要优势。当你在实现类中修改实现细节（例如改变数据成员、优化算法），但接口保持不变时，只有实现类所在的 `.cpp` 文件需要重新编译。所有使用接口类但没有直接包含实现细节的源文件（例如 `include "MyClass.h"` 的文件）不需要重新编译，因为它们只依赖于 `MyClass` 的公共定义和 `Impl` 的前向声明。
减少依赖传播： 如果实现类依赖于许多其他头文件，这些依赖被隔离在实现类所在的 `.cpp` 文件中。使用接口的源文件只需包含接口类的头文件，而无需引入实现类所引入的额外依赖，从而减少了编译时间中的依赖链。
减少头文件数量的暴露： 公共头文件变得更小、更精炼，包含了最少必要的信息。
Pimpl 的局限性和缺点（与编译时间相关）：
虚函数的开销： 每次成员函数调用都需要一次间接的指针解引用，这可能会产生微小的运行时性能开销，尽管通常可以被编译器优化。
内存开销： 每个接口类的实例都需要额外的内存来存储指向实现类指针。
构造和析构的开销： 涉及到动态内存分配和释放，可能会增加一些运行时开销。
对象体积的“隐藏”： 尽管接口类的声明很小，但其对象的实际内存占用可能比声明看起来要大得多。
对编译时间的影响不是“一次性”的加速，而是“持续性”的减少： Pimpl 的优势体现在长期维护和频繁修改实现时，能够避免大量不必要的重编译。它不是通过预先编译大量代码来一次性加速，而是通过结构性的解耦来减少编译成本。
比较总结：哪个更好？
就“节省编译时间”这个单一目标而言，PCH 和 Pimpl 的侧重点和适用场景不同，不能简单地说哪个“更好”，而是哪个在特定情况下更有效。
PCH 更擅长解决“我有很多稳定的公共头文件需要频繁包含”的问题。 如果你的项目大量依赖于 Qt、Boost、STL 等大型且稳定的库，并且这些库的头文件是你项目的常见依赖，那么 PCH 可以极大地加速初始编译和每次修改非 PCH 相关代码后的增量编译。它提供的是一次性、大幅度的加速。
Pimpl 更擅长解决“我需要频繁修改类的内部实现，并且不希望这些修改导致大量代码重新编译”的问题。 如果你正在开发一个大型类库或框架，并且你预期类的内部结构会频繁变动，但公共接口相对稳定，那么 Pimpl 可以持续性地减少因实现变化而引起的重编译。它的优势在于解耦和降低修改成本。
在实际应用中，它们是可以结合使用的：
你可以使用 Pimpl 来隔离类的实现，减少头文件的依赖。
然后，你可以将那些被大量源文件使用的、稳定的公共接口类头文件（这些类可能就是你项目中使用的 Pimpl 接口类）放入 PCH 中。
一个简单的类比：
PCH 就像你把一本非常厚的参考书（包含很多基础知识）提前翻译成你熟悉的语言并打包好。 每次你需要查阅这些基础知识时，直接拿打包好的译本，比每次都去翻译原书快得多。
Pimpl 就像你为某个复杂设备（如一个高性能引擎）设计一个操作手册，但具体引擎的内部构造、零件列表、组装方式都在另一本内部手册里。 你只需要对外公布操作手册。当内部手册（引擎实现）更新时，只要操作方式不变，所有使用操作手册的人都不需要知道内部的改动，也无需更新他们自己的使用指南。
结论：
如果你追求的是整体项目编译速度的“大幅提升”，尤其是对于大量重复包含稳定头文件的情况，那么预编译头 (PCH) 通常是更直接、更有效的解决方案。
如果你追求的是类的演进和维护的“弹性”，降低因实现细节变化带来的编译连锁反应，那么 Pimpl 范式是更好的选择。
在许多大型项目中，两者往往是相辅相成的。很多时候，我们会先考虑使用 Pimpl 来优化类的设计和减少编译依赖，然后，如果发现仍然存在大量公共头文件需要包含且内容稳定，再考虑引入 PCH 来进一步加速。然而，如果过度使用 PCH，或者 PCH 本身变得过于庞大和复杂，也可能引入新的维护和编译问题。因此，在选择和使用时，需要根据项目的具体情况和需求进行权衡。
网友意见
或者说这两个不冲突，应该结合使用？
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