c++中什么是CRTP（奇异的递归模板模式）_c++ CRTP解析

冰火之心

发布时间：2025-10-13 13:48:01

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来源于php中文网

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CRTP通过派生类作为模板参数继承基类实现静态多态，编译期确定函数调用，避免虚函数开销，常用于性能敏感场景如表达式模板与计数器，具备零成本抽象和类型安全优势，但牺牲运行时多态与代码可读性。

c++中什么是crtp（奇异的递归模板模式）_c++ crtp解析

CRTP（Curiously Recurring Template Pattern），中文常译为“奇异的递归模板模式”，是C++中一种利用模板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调用的具体函数，避免了虚函数带来的运行时开销。

CRTP的基本结构

CRTP的典型写法如下：

template 
class Base {
public:
    void interface() {
        static_cast(this)->implementation();
    }

    void common_function() {
        // 一些通用逻辑
    }
};

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

在这个例子中，Base 是一个类模板，接受一个类型参数 Derived，而 Derived 类继承自 Base。这种“派生类作为模板参数传给基类”的结构就是CRTP的核心特征。

静态多态：替代虚函数的高效方式

传统多态依赖虚函数表，在运行时进行动态绑定。CRTP则在编译期完成函数解析，称为“静态多态”或“早绑定”。

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比如，下面这个使用CRTP实现加法和乘法的例子：

template 
struct Expression {
    const T& as_derived() const {
        return *static_cast(this);
    }
};

struct DoubleValue : Expression {
    double val;
    DoubleValue(double v) : val(v) {}

    double eval() const { return val; }
};

struct Add : Expression {
    const Expression::type& left;
    const Expression::type& right;

    template 
    Add(const L& l, const R& r) : left(l), right(r) {}

    double eval() const {
        return left.eval() + right.eval();
    }
};

虽然上面示例略作简化（实际中需更严谨的类型处理），但可以看出表达式模板如何利用CRTP在编译期构建计算结构，提升性能。

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常见应用场景

性能敏感代码：如数学库、表达式模板（Eigen等线性代数库广泛使用）。
接口统一与代码复用：基类提供通用方法，派生类只实现特定逻辑。
实现“自我引用”功能：例如对象克隆、日志记录、自动注册机制等。

举个简单的计数器例子：

template 
class Counter {
private:
    inline static int count = 0;
public:
    Counter() { ++count; }
    ~Counter() { --count; }

    static int get_count() {
        return count;
    }
};

class MyType : public Counter { };
// 每个类型独立计数

这样每个继承它的类型都有自己独立的计数器，互不干扰。

CRTP的优缺点

优点：

零成本抽象：没有虚函数表开销。
编译期解析，可内联优化，性能高。
支持泛型编程和类型安全。

缺点：

代码可读性较低，初学者不易理解。
不能像虚函数那样灵活替换实现（运行时多态缺失）。
模板膨胀可能导致编译产物变大。

基本上就这些。CRTP不是日常开发中必须掌握的技巧，但在追求性能或设计高度可复用组件时，它是一种非常强大且被广泛使用的C++惯用法。

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