CRTP是一种c++静态多态技术,通过派生类继承自身作为模板参数的基类实现编译期绑定,避免虚函数开销,适用于性能敏感场景。

CRTP(Curiously Recurring Template Pattern),中文常称为“奇异递归模板模式”,是C++中一种利用模板和继承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行为,避免了虚函数带来的运行时开销。
什么是CRTP?
CRTP的基本形式是一个类模板作为基类,其模板参数是派生类本身:
template<typename Derived><br>class Base {<br>public:<br> void interface() {<br> static_cast<Derived*>(this)->implementation();<br> }<br>};<br><br>class Derived : public Base<Derived> {<br>public:<br> void implementation() {<br> // 具体实现<br> }<br>};
这种“自己传自己”的结构看起来奇怪,但正是它的核心所在。由于模板在编译期展开,编译器能精确知道Derived类型,因此调用implementation()是静态绑定,没有虚表开销。
CRTP如何实现静态多态?
传统多态依赖虚函数表,而CRTP在不使用虚函数的前提下实现类似效果:
立即学习“C++免费学习笔记(深入)”;
- 基类定义通用接口,通过
static_cast<Derived*>(this)转发调用到派生类 - 派生类提供具体实现,无需声明为
virtual - 所有绑定在编译期完成,性能更高
例如,实现一个通用的计数器功能:
template<typename CounterType><br>class Counter {<br>private:<br> int count = 0;<br>public:<br> void increment() { ++count; }<br> int get() const { <br> return static_cast<const CounterType*>(this)->get_value(); <br> }<br>};<br><br>class MyCounter : public Counter<MyCounter> {<br>public:<br> int get_value() const { return count; }<br>};
常见应用场景
CRTP广泛用于需要高效泛型设计的场景:
一个典型的操作符生成例子:
template<typename T><br>struct Comparable {<br> bool operator>(const T& other) const {<br> return static_cast<const T*>(this)->value() > other.value();<br> }<br> bool operator==(const T& other) const {<br> return static_cast<const T*>(this)->value() == other.value();<br> }<br> // 其他比较操作符可由此推导<br>};<br><br>class Temperature : public Comparable<Temperature> {<br> double temp;<br>public:<br> explicit Temperature(double t) : temp(t) {}<br> double value() const { return temp; }<br>};
注意事项与局限性
CRTP虽强大,但也有使用边界:
适合在接口稳定、性能关键的场景中使用,不适合频繁变更行为的多态逻辑。
基本上就这些。CRTP是一种巧妙利用C++模板机制的设计技巧,把类型信息前置到编译期,换来效率提升。掌握它有助于写出更高效、更灵活的泛型代码。