C++惯用法：奇特的递归模板模式（Curiously Recurring Template Pattern，CRTP，Mixin-from-above）

一、什么是CRTP

奇特的模板递归模式(Curiously Recurring Template Pattern)即 将派生类本身作为模板参数传递给基类。

template<typename T>

class BaseT{};

class D : public BaseT<D>{};

类D是一个非依赖型基类，不是模板。

 

（1）被继承的类模板(BaseT)的模板参数(T)可以是 模板参数，

template<typename T>

class BaseT{};

 

template<typename T>

class D : public BaseT<D<T> >{};

 

（2）被继承的类模板(BaseT)的模板参数(T)可以是 模板

typename<template<typename> class T>

class BaseT{};

 

template<typename T>

class D : public BaseT<D>{};

 

二、CRTP的一个简单应用就是记录某个类对象构造的总个数。

#include<stddef.h>
#include<iostream>

template<typename CountedType>
class ObjectCounter{
static size_t count;
protected:
ObjectCounter(){ ++ObjectCounter<CountedType>::count; } //声明为protected,防止生成对象，限定只能被继承
ObjectCounter(const ObjectCounter<CountedType>& ){ ++ObjectCounter<CountedType>::count; }
~ObjectCounter(){ --count; }

public:
static size_t getCount(){ return ObjectCounter<CountedType>::count; }//作为静态函数，类方法
};
template<typename CountedType>
size_t ObjectCounter<CountedType>::count = 0;

template<typename T>
class MyString : public ObjectCounter<MyString<T> >{}; //CRTP

 

int main()

{

    MyString<char> s1, s2;

    MyString<wchar_t> ws;

    std::cout << "MyString<char>:"<< MyString<char>::getCount()<< std::endl; //输出2

   std::cout << "MyString<wchar_t>:"<< MyString<wchar_t>::getCount() << std::endl; //输出1

}

 

编辑整理：Claruarius，转载请注明出处。

意图：

使用派生类作为模板参数特化基类。

 

与多态的区别：

多态是动态绑定（运行时绑定），CRTP是静态绑定（编译时绑定）

 

在实现多态时，需要重写虚函数，因而这是运行时绑定的操作。

然而如果想在编译期确定通过基类来得到派生类的行为，CRTP便是一种独佳选择，它是通过派生类覆盖基类成员函数来实现静态绑定的。

 

范式：

 class derived : public base<derived>
 {
     // attributes and behaviors
 }

 

示例代码：

 template <class Derived>
   struct base
   {
       void interface()
       {
           // 转换为子类指针，编译期将绑定至子类方法
           static_cast<Derived*>(this)->implementation();
       }

       static void static_interface()
       {
           // 编译期将绑定至子类方法
           Derived::static_implementation();
       }

       // 下面两个方法，默认实现可以存在，或者应该被继承子类的相同方法覆盖
       void implementation();
       static void static_implementation();
   };

   // The Curiously Recurring Template Pattern (CRTP)
   struct derived_1 : base<derived_1>
   {
       // 这里子类不实现，将使用父类的默认实现
       //void implementation();

       // 此方法将覆盖父类的方法
       static void static_implementation();
   };

   struct derived_2 : base<derived_2>
   {
       // 此方法将覆盖父类的方法
       void implementation();

       // 这里子类不实现，将使用父类的默认实现
       //static void static_implementation();
   };

 

缺点：

CRTP由于基类使用了模板，目前的编译器不支持模板类的导出，因而不能使用导出接口。

 

其它使用领域：

在数值计算中，往往要对不同的模型使用不同的计算方法（如矩阵），一般使用继承提供统一接口（如operator运算符），但又希望不损失效率。这时便又可取CRTP惯用法，子类的operator实现将覆盖基类的operator实现，并可以编译期静态绑定至子类的方法。