CRTP是C++中利用模板实现静态多态的惯用法,核心为派生类继承以自身为模板参数的基类,从而在编译期绑定函数调用、避免虚函数开销,并支持接口契约、功能注入与混入复用,但不支持动态多态且错误信息较复杂。

CRTP(Curiously Recurring Template Pattern),中文常译作“奇特递归模板模式”,是 C++ 中一种借助模板实现静态多态的经典技巧。它不是语言标准定义的设计模式,而是一种惯用法(idiom),核心思想是:派生类继承自一个以自身为模板参数的基类。
基本写法:让基类“知道”派生类类型
典型结构如下:
template struct Base { void interface() { static_cast(this)->implementation(); // 静态调用派生类函数 }};struct MyDerived : Base {void implementation() { / 具体逻辑 / }};
关键点:
Base 是模板类,参数 Derived 就是子类自身(如 MyDerived)子类通过 Base 显式继承,构成“递归”外观(类名出现在自己的继承列表中)基类内部可用 static_cast(this) 安全转换,直接调用子类的函数 —— 编译期绑定,无虚函数开销
常见应用场景:替代虚函数、注入通用能力
CRTP 主要用于需要“编译期多态”或“零成本抽象”的场合:
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避免虚函数表开销:适合高频调用、性能敏感的接口(如数学向量库、小型容器)实现静态接口契约:基类可强制要求派生类提供特定成员(如 size()、data()),否则编译失败自动注入功能:比如给所有派生类添加统一的日志、计数、序列化支持,无需重复写代码实现“混入(mixin)”风格复用:例如 EnableSharedFromThis 的简化版、可比较性增强(operator== 自动生成)
一个实用例子:自动实现 == 和 !=
利用 CRTP 让派生类只需定义 equal_to,就能获得完整的比较操作符:
template struct EqualityComparable { friend bool operator==(const Derived& a, const Derived& b) { return static_cast(a).equal_to(b); } friend bool operator!=(const Derived& a, const Derived& b) { return !(a == b); }};struct Point : EqualityComparable {int x, y;bool equal_to(const Point& other) const { return x == other.x && y == other.y; }};
这样 Point{1,2} == Point{1,2} 就能直接工作,且没有运行时开销。
注意边界:不是万能的,也有代价
CRTP 强大但需谨慎使用:
不支持动态多态:无法把不同 CRTP 派生类放入同一容器(除非额外包装)错误信息可能冗长:模板实例化失败时,编译器报错常较难读继承链变复杂:多重 CRTP 组合时,要注意模板参数顺序和 SFINAE 友好性不能替代虚函数的运行时灵活性:比如无法在运行时决定调用哪个子类逻辑
基本上就这些。CRTP 是模板元编程里“以空间换时间、以编译换运行”的典型体现 —— 写起来稍绕,但生成的代码干净高效。用对地方,非常优雅。
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