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C++中的CRTP(奇异递归模板模式)有什么应用?C++静态多态实现【模板技巧】

穿越時空

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发布时间:2025-12-13 19:11:02

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来源于php中文网

原创

CRTP是派生类以自身为模板参数继承基类模板的静态多态技术,编译期确定调用目标,零运行时开销;适用于避免虚函数开销、混入式功能注入及表达式模板优化。

c++中的crtp(奇异递归模板模式)有什么应用?c++静态多态实现【模板技巧】

CRTP 是什么,为什么能实现静态多态

CRTP(Curiously Recurring Template Pattern)是一种模板编程技巧:派生类以自身为模板参数继承一个基类模板。它不依赖虚函数,编译期就确定调用目标,因此叫“静态多态”。核心写法是:
template struct Base { /* 通过 static_cast(this) 调用派生类成员 */ };
基类在编译时就知道具体派生类型,从而直接内联调用,零运行时开销。

避免虚函数开销的接口抽象

当需要统一接口但又不愿承担虚表查找和间接跳转成本时,CRTP 是理想替代。比如实现一组可比较、可打印、可序列化的工具类:

  • 定义 Comparable 基类,提供 operator 等,默认基于派生类的 compare() 实现
  • 派生类只需实现 int compare(const T&) const,其余关系运算符自动获得
  • 没有虚函数表,对象大小不增加,所有比较逻辑可被完全内联

混入式功能注入(Mixin)

CRTP 天然适合实现可复用的功能组件。例如给任意类型添加计数、日志、序列化能力:

  • class Counter : public CRTPBase 可统计该类型实例构造/析构次数
  • Loggable 在关键操作前后自动插入调试日志,无需修改原类定义
  • 多个混入可组合继承:class MyObj : public Loggable, public Serializable

表达式模板与惰性求值优化

在数值计算库(如 Eigen)中,CRTP 是构建表达式模板的关键。它让临时对象不立即计算,而是记录操作意图:

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  • 向量加法 v1 + v2 返回一个 AddExpr 类型,而非实际结果
  • 该类型继承自 Expression>,后续赋值或取值时才触发一次遍历计算
  • 避免中间临时对象和多次循环,提升缓存友好性和性能

基本上就这些。CRTP 不是银弹,过度使用会让代码变晦涩,但它在追求极致性能、零成本抽象、编译期行为定制的场景里,确实不可替代。

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