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奇异递归Template有啥奇的？

news 来源：原创 2024/9/21 8:34:37

如果一个模版看起来很头痛，那么大概率这种模版是用来炫技，没啥用的，但是CRTP这个模版，虽然看起来头大，但是却经常被端上桌~

奇异递归模板模式（Curiously Recurring Template Pattern, CRTP）是一种 C++ 模板编程技巧，用于实现静态多态。这种模式利用模板递归来允许一个类继承自一个模板类，其中模板参数是该类自身。这种模式可以用于各种用途，包括实现类型安全的单例模式、静态接口和性能优化。

CRTP基本概念

在 CRTP 模式中，一个类 Derived 继承自一个模板类 Base，这个模板类 Base 的模板参数是 Derived 自身。这样做的好处是允许在编译时确定 Derived 类型的信息，从而在不需要运行时多态的情况下实现多态行为。以下是 CRTP 的基本示例，展示了如何使用 CRTP 模式实现一个简单的静态接口：

#include <iostream>
using namespace std;template <typename Child>
struct Base
{
void interface()
{static_cast<Child*>(this)->implementation();
}
};struct Derived : Base<Derived>
{
void implementation()
{cout << "Derived implementation\n";
}
};int main()
{Derived d;d.interface();  // Prints "Derived implementation"return 0;
}

CRPT模板展开

遇到CRPT不要慌，一慌忘光光，为了认识这种代码的本质，我们不妨用Insights将其展开， C++ Insights

#include <iostream>
using namespace std;template<typename Child>
struct Base
{inline void interface(){static_cast<Child *>(this)->implementation();}};/* First instantiated from: insights.cpp:13 */
#ifdef INSIGHTS_USE_TEMPLATE
template<>
struct Base<Derived>
{inline void interface(){static_cast<Derived *>(this)->implementation();}// inline constexpr Base() noexcept = default;
};#endifstruct Derived : public Base<Derived>
{inline void implementation(){std::operator<<(std::cerr, "Derived implementation\n");}// inline constexpr Derived() noexcept = default;
};int main()
{Derived d;static_cast<Base<Derived>&>(d).interface();return 0;
}

可以发现，展开的代码平平无奇，一目了然。

Base 类是一个模板类，它接受一个 Derived 类型作为模板参数。
Derived 类继承自 Base<Derived>，从而在 Base 中能够静态地调用 Derived 类中的方法。

另一个CRPT实例

以下是一个稍微复杂一点使用 CRTP 实现策略模式的例子：


#include <iostream>// CRTP 基类
template <typename Derived>
class Strategy {
public:
void execute() {// 调用 Derived 类中的实现static_cast<Derived*>(this)->perform();
}
};// 具体策略 1
class ConcreteStrategy1 : public Strategy<ConcreteStrategy1> {
public:
void perform() {std::cout << "ConcreteStrategy1 implementation" << std::endl;
}
};// 具体策略 2
class ConcreteStrategy2 : public Strategy<ConcreteStrategy2> {
public:
void perform() {std::cout << "ConcreteStrategy2 implementation" << std::endl;
}
};int main() {ConcreteStrategy1 s1;ConcreteStrategy2 s2;s1.execute(); // 输出 "ConcreteStrategy1 implementation"s2.execute(); // 输出 "ConcreteStrategy2 implementation"return 0;
}

在这个示例中，Strategy 是 CRTP 基类，它定义了一个 execute 方法，该方法调用派生类的 perform 方法。具体策略类 ConcreteStrategy1 和 ConcreteStrategy2 实现了不同的 perform 方法。这样，Strategy 基类就能够静态地调用不同的策略实现。