奇异模板

引言

奇异递归模板模式（Curiously Recurring Template Pattern，简称 CRTP），也被称为奇异模板，是 C++ 中的一种模板编程技术。它允许基类使用派生类的类型信息，实现了一种编译时多态。

奇异递归模板模式

奇异递归模板是一种利用模板技术实现的编译时多态，允许一个类在调用函数的时候实现不同的方法。

实现方法：

基类使用模板类，模板参数代表了派生类类型
函数里将基类指针(this)转为派生类指针并调用派生类的实现方法，达到对于传入的不同派生类实现不同的方法。
派生类要继承基类，并将自己的类型传入到模板参数当中

代码实现

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// 基类模板
template <typename Derived>
class Shape {
public:
    void draw() {
        std::cout << "所有类型draw的公用代码" << std::endl;		//进行复用，不用每个类型都写一份
        static_cast<Derived*>(this)->drawImpl();
    }
};

// 派生类：Circle
class Circle : public Shape<Circle> {
public:
    void drawImpl() {
        std::cout << "Drawing a circle." << std::endl;
    }
};

// 派生类：Square
class Square : public Shape<Square> {
public:
    void drawImpl() {
        std::cout << "Drawing a square." << std::endl;
    }
};

int main() {
    Circle circle;
    Square square;

    circle.draw();
    square.draw();
}

奇异模板特性

特点

动态多态实现

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class Shape {
public:
    void draw() {
        std::cout << "所有类型draw的公用代码" << std::endl;
        drawImp();
    }
    virtual void drawImp() = 0;
};

class Circle : public Shape {
public:
    void drawImp() {
        std::cout << "Drawing a circle." << std::endl;
    }
};

class Square : public Shape {
public:
    void drawImp() {
        std::cout << "Drawing a square." << std::endl;
    }
};

int main() {
    Shape* circle = new Circle;
    Shape* square = new Square;

    circle->draw();
    square->draw();
}

奇异模板相较于动态多态，它在编译时确定，避免了运行时虚函数表的查询。
不需要虚函数表，内存占用较小

通过函数调用实现多态

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template <typename Derived>
class Shape {
public:
    void draw() {
        std::cout << "shared draw" << std::endl;
        static_cast<Derived*>(this)->drawImpl();
    }
};

// 派生类：Circle
class Circle : public Shape<Circle> {
public:
    void drawImpl() {
        std::cout << "Drawing a circle." << std::endl;
    }
};

// 派生类：Square
class Square : public Shape<Square> {
public:
    void drawImpl() {
        std::cout << "Drawing a square." << std::endl;
    }
};

template<typename Shape>
void Draw(Shape& shape) {
    shape.draw();
}

int main() {
    Circle circle;
    Square square;

    Draw(circle);
    Draw(square);
}

其对应的动态多态形式

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class Shape {
public:
    void draw() {
        std::cout << "所有类型draw的公用代码" << std::endl;
        drawImp();
    }
    virtual void drawImp() = 0;
};

class Circle : public Shape {
public:
    void drawImp() {
        std::cout << "Drawing a circle." << std::endl;
    }
};

class Square : public Shape {
public:
    void drawImp() {
        std::cout << "Drawing a square." << std::endl;
    }
};

void Draw(Shape* shape) {
    shape->draw();
}

int main() {
    Shape* circle = new Circle;
    Shape* square = new Square;

    Draw(circle);
    Draw(square);
}