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c++怎么使用CRTP实现静态多态_c++中CRTP模板静态多态用法解析

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发布： 2025-10-28 18:25:01

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CRTP通过模板实现静态多态，基类模板接受派生类为参数，利用static_cast调用派生类方法，编译期绑定消除虚函数开销。示例中ShapeBase定义接口，Circle和Rectangle继承并实现具体功能，调用draw和area时无运行时成本。优势包括零开销、内联优化与类型安全，适用于高性能库如Eigen，但不支持运行时多态。

c++怎么使用crtp实现静态多态_c++中crtp模板静态多态用法解析

在C++中，CRTP（Curiously Recurring Template Pattern，奇异递归模板模式）是一种通过模板实现静态多态的经典技术。它能在编译期完成多态行为的绑定，避免虚函数表带来的运行时开销，提升性能。

什么是CRTP

CRTP的基本形式是：一个基类模板继承自一个使用派生类作为模板参数的自身模板实例。这种“自己传自己”的结构看起来奇怪，但非常有效。

基本语法如下：

template <typename Derived>
class Base {
    void interface() {
        static_cast<Derived*>(this)->implementation();
    }
};

class Derived : public Base<Derived> {
    void implementation() { /* 具体实现 */ }
};

由于派生类在编译期已知，调用implementation()是静态绑定，不涉及虚函数机制。

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CRTP实现静态多态的步骤

使用CRTP实现静态多态，主要分为以下几步：

定义一个模板基类，接受派生类类型作为模板参数
在基类中通过static_cast<Derived*>(this)调用派生类的方法
派生类继承基类，并提供具体实现
所有函数调用在编译期解析，无运行时开销

示例：实现不同形状的绘图功能

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template <typename Shape>
class ShapeBase {
public:
    void draw() {
        static_cast<Shape*>(this)->drawImpl();
    }

    double area() {
        return static_cast<Shape*>(this)->areaImpl();
    }
};

class Circle : public ShapeBase<Circle> {
    double r = 1.0;
public:
    void drawImpl() { cout << "Drawing Circle\n"; }
    double areaImpl() { return 3.14 r r; }
};

class Rectangle : public ShapeBase<Rectangle> {
    double w = 2, h = 3;
public:
    void drawImpl() { cout << "Drawing Rectangle\n"; }
    double areaImpl() { return w * h; }
};

调用时：

Circle c;
c.draw(); // 输出: Drawing Circle
cout << c.area(); // 输出: 3.14