C++ 模板专题 - 静态多态（CRTP）

一：概述：

CRTP（Curiously Recurring Template Pattern）是一种常用的 C++ 模式，用于实现静态多态性。通过 CRTP，可以在编译期确定子类类型，从而避免动态多态性带来的运行时开销。这种模式主要通过让基类接受派生类作为模板参数来实现。

二：基本用法：

cpp 复制代码

#include <iostream>

template <typename Derived>
/*
    Base 类接受一个模板参数 Derived，并通过 static_cast<Derived*>(this)->implementation() 
    调用派生类的实现。
*/
class Base {
public:
    void interface() {
        // 基类实现了部分逻辑，并依赖于 Derived 类来完成特定逻辑
        static_cast<Derived*>(this)->implementation();
    }

    // 可以提供一个通用的默认实现
    void implementation() {
        std::cout << "Default implementation in Base\n";
    }
};

/*
    Derived 继承自 Base<Derived> 并提供了 implementation() 的自定义实现。
*/
class Derived : public Base<Derived> {
public:
    // 派生类提供特定的实现
    void implementation() {
        std::cout << "Custom implementation in Derived\n";
    }
};

int main() {
    /*
        Base 中的 interface() 方法通过 CRTP 调用派生类的 implementation()，实现了类似虚函数 
        的效果，但不需要运行时的动态分派。
    */
    Derived d;
    d.interface(); // 输出 Custom implementation in Derived
    return 0;
}

三: 应用示例（编译期策略模式）

cpp 复制代码

#include <iostream>

// 策略接口类：定义计算价格的接口
template <typename Derived>
class DiscountStrategy {
public:
    double applyDiscount(double price) const {
        // 调用具体策略类实现的算法
        return static_cast<const Derived*>(this)->applyDiscount(price);
    }
};

// 无折扣策略
class NoDiscount : public DiscountStrategy<NoDiscount> {
public:
    double applyDiscount(double price) const {
        return price;
    }
};

// 百分比折扣策略
class PercentageDiscount : public DiscountStrategy<PercentageDiscount> {
public:
    PercentageDiscount(double percentage) : discountPercentage(percentage) {}

    double applyDiscount(double price) const {
        return price * (1 - discountPercentage / 100.0);
    }

private:
    double discountPercentage;
};

// 购买商品类，采用编译期策略模式
template <typename Strategy>
class Product {
public:
    Product(double basePrice, Strategy discountStrategy)
        : price(basePrice), strategy(discountStrategy) {}

    double getPrice() const {
        return strategy.applyDiscount(price);
    }

private:
    double price;
    Strategy strategy;
};

int main() {
    // 使用无折扣策略
    Product<NoDiscount> item1(100.0, NoDiscount());
    std::cout << "Price with no discount: " << item1.getPrice() << std::endl;

    // 使用百分比折扣策略
    Product<PercentageDiscount> item2(100.0, PercentageDiscount(10.0)); // 10% 折扣
    std::cout << "Price with 10% discount: " << item2.getPrice() << std::endl;

    return 0;
}