c++ 设计模式之CRTP

CRTP(Curiously Recurring Template Pattern,奇异递归模板模式)是 C++ 中一种常见的静态多态实现技术,也是很多高性能库(如 Eigen、Boost、LLVM)中的核心设计模式之一。


💡 CRTP 本质定义

CRTP 是一种用子类作为模板参数传递给父类的技术。

📌 基本语法:

cpp 复制代码
template <typename Derived>
class Base {
public:
    void interface() {
        // 调用派生类实现的方法
        static_cast<Derived*>(this)->implementation();
    }

    // 可选默认实现
    void implementation() {
        std::cout << "Base implementation\n";
    }
};

class Derived : public Base<Derived> {
public:
    void implementation() {
        std::cout << "Derived implementation\n";
    }
};

调用方式:

cpp 复制代码
int main() {
    Derived d;
    d.interface();  // 输出:Derived implementation
}

✅ CRTP 的主要用途

1. 实现静态多态(Static Polymorphism)

  • 替代虚函数机制,避免运行时开销(如 vtable、动态绑定等)。

2. 代码复用

  • 基类可以定义通用接口逻辑,细节延迟到派生类实现。

3. 在编译期做优化

  • 比如 Eigen 库使用 CRTP 编写矩阵类,实现表达式模板,从而避免中间对象、提升性能。

🧠 CRTP 与虚函数的对比

特性 虚函数(动态多态) CRTP(静态多态)
多态绑定 运行时 编译期
开销 有虚表开销 零开销
灵活性 更高 限制派生结构
可扩展性 较低
使用场景 插件式架构、通用接口 高性能场景、模板库

📦 典型应用案例

1. 编写通用操作接口

cpp 复制代码
template <typename Derived>
class Shape {
public:
    void draw() {
        static_cast<Derived*>(this)->drawImpl();
    }
};

class Circle : public Shape<Circle> {
public:
    void drawImpl() {
        std::cout << "Drawing Circle\n";
    }
};

class Square : public Shape<Square> {
public:
    void drawImpl() {
        std::cout << "Drawing Square\n";
    }
};

2. 实现计数器(统计子类个数)

cpp 复制代码
template <typename T>
class Counter {
public:
    Counter() { ++count; }
    static int count;
};

template <typename T>
int Counter<T>::count = 0;

class MyClassA : public Counter<MyClassA> {};
class MyClassB : public Counter<MyClassB> {};

🔍 高级话题

与策略模式结合

cpp 复制代码
template <typename Derived>
class Sorter {
public:
    void sort() {
        static_cast<Derived*>(this)->doSort();
    }
};

class QuickSorter : public Sorter<QuickSorter> {
public:
    void doSort() {
        std::cout << "Quick Sort\n";
    }
};

表达式模板(如 Eigen)

Eigen 用 CRTP 实现表达式模板,以支持像 C = A + B 这样的操作不会生成临时变量,而是按需展开计算。


🧩 总结

项目 说明
类型 模板设计模式
优势 静态多态、零开销
缺点 结构固定、调试复杂
典型使用 Eigen、Boost、LLVM

ps:Eigen 是一个 高性能 C++ 线性代数库,广泛用于矩阵运算、向量计算、数值解法等领域。许多著名的框架都使用它作为矩阵运算库。例如TensorFlow,OpenCV等。

相关推荐
shada25 分钟前
Boost.Process v2 在旧内核上报 `assign: Bad file descriptor`
c++
别动我齐刘海1 小时前
ROS2 Jazzy + C++ 实战路线——基础学习2
c++·人工智能·vscode·python·学习·机器学习·机器人
朝朝辞暮i2 小时前
C++第 2 课
c++
代码中介商2 小时前
C++ 预约系统实战(三):服务端实现——libevent 事件驱动与业务路由
c++·json·c/s
布莱克6053 小时前
C++中的内存分区详解
c++
All for pursuit.3 小时前
【链表-9】146.LRU缓存
数据结构·c++·算法·leetcode
j7~5 小时前
【C++微服务项目开发脚手架】(接口篇一)gflags + gtest + spdlog 接口学习笔记
c++·学习·gtest·项目开发·spdlog·gflags·c++项目微服务开发脚手架
星期八不上发条5 小时前
智能指针是什么?使用场景,循环引用解决办法,面试回答
开发语言·c++·stl
ao-weilai5 小时前
Linux网络编程:Socket UDP
linux·服务器·网络·c++
.YM.Z6 小时前
C++——【继承】的底层逻辑与【多态】实现机制
c++·多态·继承