CRTP通过派生类继承自身作为模板参数的基类实现静态多态,编译期绑定函数调用,避免虚函数开销。1. 基类模板接收派生类为参数,派生类继承该特化基类;2. 基类通过static_cast调用派生类实现的方法;3. 实现零成本抽象,提升性能,适用于数值计算等高效场景;4. 广泛用于Eigen、Boost等库,支持编译期接口检查与代码复用;5. 不支持运行时多态,类型需在编译期确定。

CRTP(Curiously Recurring Template Pattern),中文常译为“奇异递归模板模式”,是C++中一种利用模板实现静态多态的技术。它通过让基类以派生类作为模板参数来继承自身,从而在编译期就能确定函数调用目标,避免了虚函数带来的运行时开销。
CRTP的基本结构
CRTP的核心形式是一个类模板作为基类,其模板参数是将要继承它的派生类:
template
class Base {
public:
void interface() {
static_cast(this)->implementation();
}
};
class Derived : public Base {
private:
void implementation() {
// 具体实现
}
friend class Base; // 可选:控制访问权限
};
在这个结构中,Base 是一个类模板,接收一个类型 Derived 作为参数。而 Derived 继承自 Base,形成“递归”外观——但这不是真正的递归,而是编译期的类型绑定。
实现静态多态
传统多态依赖虚函数表,在运行时决定调用哪个函数。CRTP则在编译期完成绑定,称为“静态多态”或“早绑定”。
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例如,有多个派生类需要共享接口但各自实现不同行为:
template
class Shape {
public:
void draw() {
static_cast(this)->drawImpl();
}
};
class Circle : public Shape {
void drawImpl() { cout << "Drawing Circlen"; }
friend class Shape;
};
class Square : public Shape {
void drawImpl() { cout << "Drawing Squaren"; }
friend class Shape;
};
调用 shape.draw() 时,编译器会根据实际类型展开为对应实现,无需虚函数机制。这提升了性能,尤其适用于对效率敏感的场景,如数值计算、嵌入式系统等。
应用场景与优势
CRTP常见于以下情况:
性能优化:替代虚函数,消除虚表查找开销。泛型库设计:如Eigen、Boost等C++库广泛使用CRTP实现高效抽象。代码复用:基类可提供通用逻辑,派生类仅需实现特定部分。静态接口检查:若派生类未实现 required 方法,编译时报错,比运行时错误更安全。
需要注意的是,CRTP不支持运行时多态。对象必须在编译期已知类型,无法像普通多态那样通过基类指针管理不同子类对象。
基本上就这些。CRTP是一种巧妙利用C++模板机制的技术,把继承关系前置到编译期处理,实现高效且类型安全的多态行为。虽然名字听起来奇怪,但在高性能C++编程中非常实用。
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