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奇异递归模板模式（CRTR）

概念

奇异递归模板模式（Curiously Recurring Template Pattern,CRTR）的理念很简单：继承者将自身作为模板参数传递给基类。

classFoo:SomeBase<Foo>{//...};

通过这样的方式，可以在基类的实现中访问特定类型的 this 指针。

假设基类 SomeBase 的每个派生类都实现了迭代所需的 begin()/end()接口，如何在基类 SomeBase 内部而不是派生类内部迭代对象？直接调用显然是不行的，因为基类没有 begin()/end() 的接口。

实现方式有两种：虚函数继承以及CRTR，这两种方式是有所差别的。

template<typenameDerived>classSomeBase{voidfool(){for(auto&item:*static_cast<Derived*>(this)){//...}}};classMyClass:SomeBase<MyClass>{classiterator{//your iterator defined here}iteratorbegin()const{...}iteratorend()const{...}};

当 MyClass 的实例调用 foo() 接口时，this 指针从 SomeBase*类型转换成 MyClass*类型，然后，解引用该指针，并在 range-based for loop 中实现迭代功能，其内部调用 MyClass::begin()和 MyClass::end()。

CRTP vs 虚函数继承

基本区别

1. 多态实现机制：
   ○ CRTP：静态多态（编译时确定）
   ○ 虚函数：动态多态（运行时确定）
2. 示例对比：

// CRTP方式（代码中的实现）template<typenameDerived>classCommand{public:voidexecute(conststd::string&args){static_cast<Derived*>(this)->executeImpl(args);}};// 虚函数方式classCommand{public:virtualvoidexecute(conststd::string&args)=0;virtual~Command(){}};

CRTP的优势

1. 性能优化：
   ○ 无虚函数调用开销（无需查虚函数表）
   ○ 支持内联，允许更多编译器优化
   ○ 零运行时开销的抽象
2. 编译时检查：
   ○ 类型安全，编译期捕获错误
   ○ 方法不存在时会产生编译错误
3. 适用场景：
   ○ 高性能计算
   ○ 模板库设计
   ○ 嵌入式系统等资源受限环境

CRTP的劣势

1. 代码膨胀：每个派生类都会实例化一套基类模板代码
2. 编译时间：增加编译时间和编译复杂度
3. 调试困难：模板错误提示往往难以理解
4. 接口不明确：缺少明确的接口约束机制
5. 不支持动态加载：无法支持运行时动态库加载等场景

虚函数继承的优势

1. 运行时灵活性：
   ○ 支持运行时确定的多态行为
   ○ 可以处理编译时未知的类型
2. 接口清晰：
   ○ 明确定义接口，强制派生类实现
   ○ 符合大多数开发者的OOP直觉
3. 支持动态加载：可与动态链接库配合使用
4. 适用场景：
   ○ 插件系统
   ○ 框架设计
   ○ 需要运行时类型确定的场景

虚函数继承的劣势

1. 性能开销：
   ○ 虚函数调用的间接寻址开销
   ○ 每个对象额外的vptr（虚表指针）开销
2. 内联限制：虚函数通常不能被内联
3. 内存开销：虚函数表消耗额外内存

选择建议

📢根据具体需求选择：

●需要极致性能且类型在编译时已知：选CRTP

●需要运行时灵活性和动态行为：选虚函数继承

在 CRTR 模式下存储多种派生类类型的解决方案

使用非模板的公共基类

简单直接，只需少量修改现有代码。考虑简单实用使用该方案。

// 普通基类classCommandBase{public:virtualvoidexecute(conststd::string&args)=0;virtual~CommandBase()=default;};// 修改CRTP模板类template<typenameDerived>classCommand:publicCommandBase{public:voidexecute(conststd::string&args)override{static_cast<Derived*>(this)->executeImpl(args);}};// 使用方式std::unordered_map<std::string,std::unique_ptr<CommandBase>>commands;commands["add"]=std::make_unique<AddCommand>(taskManager);commands["delete"]=std::make_unique<DeleteCommand>(taskManager);// 调用commands["add"]->execute("任务描述,1,2023-12-31");

创建命令包装器

保持 CRTR 的性能优势，并提供类型安全的接口。考虑性能使用该方案。

classCommandWrapper{structConcept{virtualvoidexecute(conststd::string&args)=0;virtual~Concept()=default;};template<typenameT>structModel:Concept{T command;Model(T cmd):command(std::move(cmd)){}voidexecute(conststd::string&args)override{command.execute(args);}};std::unique_ptr<Concept>impl;public:template<typenameT>CommandWrapper(T cmd):impl(std::make_unique<Model<T>>(std::move(cmd))){}voidexecute(conststd::string&args){impl->execute(args);}};// 使用方式std::unordered_map<std::string,CommandWrapper>commands;commands.emplace("add",AddCommand(taskManager));commands.emplace("delete",DeleteCommand(taskManager));// 调用commands["add"].execute("任务描述,1,2023-12-31");