c++的"Curiously Recurring Template Pattern" (CRTP) 有哪些高级用法？ (静态多态进阶)

CRTP通过编译期绑定调用路径实现零开销接口模拟，基类模板直接static_cast调用派生类方法，无虚函数、无vtable；配合static_assert可约束接口契约，支持静态访问控制与编译期能力探测，但不适用于运行时多态场景。

CRTP 如何实现零开销的接口模拟？

CRTP 的核心价值不是“替代虚函数”，而是让编译器在编译期就确定调用路径，彻底消除 vtable 查找和间接跳转。典型做法是基类模板中直接调用 static_cast(this)->method()，而非声明 virtual 函数。

• 基类不带虚析构函数，也不含任何虚函数 —— 这是零开销的前提；若需安全 delete 派生对象，必须显式提供非虚析构 + 静态断言约束
• 派生类必须继承自 Base，且不能中途再被其他模板包装（否则 static_cast 会失败）
• 常见误用：在基类中调用未在派生类定义的函数，编译错误信息往往冗长，建议配合 static_assert 检查接口契约，例如：

  static_assert(std::is_same_v().do_work()), void>,
                  void>, "Derived must implement do_work()");

如何用 CRTP 实现静态访问控制（如 only-own-type 操作）？

利用模板参数 Derived 的唯一性，可在基类中限制某些操作仅对“本派生类自身”有效，比如禁止跨类型赋值、只允许同类型比较。

• 在基类中定义 operator== 时，参数类型写死为 const Derived&，而非泛化的 const Base& —— 这样 A{} == B{} 直接不匹配重载，无需运行时判断
• 配合 friend 和私有构造，可实现“仅本类型可构造”的工厂模式变体，例如：

  template
  class NonCopyable {
  protected:
      NonCopyable() = default;
      ~NonCopyable() = default;
  public:
      NonCopyable(const NonCopyable&) = delete;
      NonCopyable& operator=(const NonCopyable&) = delete;
      friend T; // only T can access protected ctor/dtor
  };

• 注意：C++20 起可改用 requires std::same_as 替代部分 static_cast 断言，但 CRTP 主体逻辑仍需保持模板参数显式传递

CRTP 与 SFINAE / Concepts 结合做编译期能力探测

CRTP 基类可以成为“能力分发中心”：根据派生类是否提供某个嵌套类型、成员函数或 constexpr 值，启用不同行为分支。

• 典型场景：统一序列化接口，但对支持 to_json() 的类型走 JSON 路径，对支持 serialize(Writer&) 的走二进制路径 —— 所有决策在编译期完成
• 推荐写法：用 decltype + void_t 或 C++20 requires 构建 trait，再通过 if constexpr 分支，避免宏或特化污染
• 陷阱：不要在基类模板中直接依赖派生类未实例化的成员（如未定义的 static constexpr），否则会导致 ODR-violation 或隐式实例化失败；应始终用 SFINAE 友好方式探测

为什么 CRTP 不适合替代所有多态场景？

CRTP 是静态多态，它无法处理运行时才确定类型的集合，比如 std::vector<:unique_ptr>> 这种异构容器。

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• 若强行用 std::vector<:unique_ptr>>>，每个 Concrete 对应独立的基类特化，无法共用同一容器类型
• 混合使用 CRTP 和动态多态（如基类含虚析构+CRTP 辅助功能）极易引发对象切片或 static_cast 失败，除非严格约定内存布局一致且无虚函数干扰
• 调试困难：编译错误常出现在实例化深度较深的模板栈中，IDE 很难跳转到真正缺失的派生类成员定义处

真正需要运行时类型擦除的地方，别硬套 CRTP；它最锋利的用途，是把“本该在运行时做的类型判断”，压缩进编译期的一个模板参数里 —— 这个参数一旦写错，整个链条就断了，没有妥协余地。