C++ CRTP：奇异递归模板模式的原理与应用

C++ CRTP 详解：奇异递归模板模式的原理与应用

在 C++ 编程中，模板不仅仅用于泛型编程，还可以发挥出“元编程”的威力。CRTP，即“奇异递归模板模式”，正是一种利用模板实现静态多态和代码复用的设计模式。本文将从原理、示例、优缺点以及新标准对其的改进等多个角度详细讲解 CRTP。

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CRTP 简介

CRTP 的英文全称为 Curiously Recurring Template Pattern，顾名思义，就是让一个类在继承时将自身作为模板参数传给其基类。例如：

// 基类模板
template <typename Derived>
class Base {
   
public:
    // 调用派生类的成员函数 implementation()
    void interface() {
   
        static_cast<Derived*>(this)->implementation();
    }
    // 如果派生类没有重写，基类可以提供一个默认实现
    void implementation() {
   
        // 默认行为
    }
};

// 派生类，将自身作为模板参数传入基类
class Derived1 : public Base<Derived1> {
   
public:
    void implementation() {
   
        std::cout << "Derived1::implementation()" << std::endl;
    }
};

上述代码中，Derived1 继承自 Base<Derived1>，基类中通过 static_cast 将 this 转换为派生类指针，从而在调用 interface() 时能够调用到派生类重写后的 implementation() 方法。这种技术利用了 C++ 模板延迟实例化的特性，可以在编译期实现类似于多态的效果，而无需虚函数的运行时开销

CRTP 的原理与实现

静态多态

传统的多态通常依赖于虚函数（运行时多态），这需要为每个对象存储虚表指针并进行动态查找，虽然这种方式非常灵活，但也会带来一定的性能开销。相比之下，CRTP 实现的是静态多态，即在编译期就确定调用哪个函数，从而避免了虚函数的额外成本。

示例代码（静态多态）：

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename Derived>
class Shape {
   
public:
    // 定义统一接口，调用派生类实现的 do_draw()
    void draw() {
   
        static_cast<Derived*>(