Проблема лишних знаний

Сценарий

Представьте, что вы создаете класс Robot. Чтобы робот функционировал, ему нужен очень сложный двигатель. В контексте кода нам необходимо подключить огромный заголовочный файл SuperComplexEngine.h, который, например, тянет за собой Windows.h или что-то другое массивное:

#pragma once
// тяжёлый заголовок
#include "SuperComplexEngine.h"

class Robot 
{
public:
    void run();

private:
    // деталь реализации (двигатель) видна всем, кто подключит Robot.h
    SuperComplexEngine m_engine; 
    int m_voltage;
};

В чем боль?

Лавина перекомпиляции: если вы поменяете одну строчку внутри SuperComplexEngine.h, то перекомпилируется Robot, а за ним и все классы, в которых используется данный робот.
Замедление сборки: компилятор каждый раз «перечитывает» тысячи строк кода двигателя, даже если вам просто нужно объявить указатель на Robot в другом месте.
Нарушение инкапсуляции: если вы добавите в private новую переменную, бинарный размер класса Robot изменится — все зависимые файлы снова нужно пересобирать.

Чем может помочь Forward Declaration и почему этого мало?

Первый шаг оптимизации — использовать предварительное объявление (forward declaration). Мы можем убрать тяжелый include, но обязаны превратить соответствующие поля в указатели.

Попытка оптимизации (Robot.h):

#pragma once

// forward declaration
class SuperComplexEngine; 

class Robot 
{
public:
    void run();

private:
		// pointer
    SuperComplexEngine* m_engine; 
    
    int m_voltage; 
};

Почему это не решает проблему полностью?

Хрупкость: приватная часть класса все еще находится в header файле. Добавление любого дополнительного члена класса меняет его размер, вызывая перекомпиляцию зависимостей. Все файлы, использующие Robot , уйдут на пересборку.
Мусор в интерфейсе: другому программисту (пользователю вашего класса) не нужно знать, что у вас под капотом: m_engine, m_voltage. Это лишний визуальный шум.

Что такое pImpl и при чем тут Чеширский Кот?

Определение:

<aside> 💡

pImpl (Pointer to Implementation) — это идиома проектирования в C++, которая скрывает детали реализации класса путем выноса их в отдельную структуру в единицу трансляции, скрытую за указателем. В заголовочном файле остается только указатель на эту структуру.

</aside>