相关系列文章
如何写出高质量的函数？快来学习这些coding技巧
C++惯用法之Pimpl
C++之数据转换(全)
目录
1.介绍
2.CRTP的使用场景
2.1.实现静态多态
2.2.代码复用和扩展性
3.总结
1.介绍
CRTP的全称是Curiously Recurring Template Pattern，即奇异递归模板模式，简称CRTP。CRTP是一种特殊的模板技术和使用方式，是C++模板编程中的一种惯用法。基本特征表现为：基类是一个模板类；派生类在继承该基类时，将派生类自身作为模板参数传递给基类。下面用网上的实例来说明为什么要用CRTP? 比如我要实现一个数学库，如果使用运行时多态来实现向量类Vector，那么代码结构大致如下：
template<typename Type, unsigned Len>struct VectorBase{ virtual void someFunction(){...} ...};struct Vector3: VectorBase<float, 3>{ virtual void someFunction() override {...}};需要注意的是，运行时多态是有开销的，熟悉c++虚函数的人应该就能明白，如果我调用一个虚函数，需要查询对象头部的虚函数表来得到实际函数地址，这个寻址的开销对于一个数学库而言是非常巨大的。而如果使用静态多态，则可以使用如下的代码来实现：
template <typename ChildType> struct VectorBase { ChildType &underlying() { return static_cast<ChildType &>(*this); } inline ChildType &operator+=(const ChildType &rhs) { this->underlying() = this->underlying() + rhs; return this->underlying(); }};struct Vec3f : public VectorBase<Vec3f> { float x{}, y{}, z{}; Vec3f() = default; Vec3f(float x, float y, float z) : x(x), y(y), z(z) {}};inline Vec3f operator+(const Vec3f &lhs, const Vec3f &rhs) { Vec3f result; result.x = lhs.x + rhs.x; result.y = lhs.y + rhs.y; result.z = lhs.z + rhs.z; return result;} 可以看到，静态多态虽然导致代码复用度相较于运行时多态降低了很多，但是相较于完全手写，我们可以利用子类实现的operator+来通过CRTP自动添加operator+=，相当于是做到了运行效率与开发效率的相对平衡。
VectorBase是模版基类，派生类Vec3f 继承自VectorBase，并以自身作为模板参数传递给基类, 在基类内部，通过使用static_cast，将this指针转换为模板参数类型T的指针，然后调用类型T的方法imp。static_cast的用法可参考一下博客。
C++之数据转换(全)_c++数据类型转换-CSDN博客
2.CRTP的使用场景
2.1.实现静态多态
C ++支持动态和静态多态。
动态多态性：在这种类型的多态性中，在编译时不知道对象的类型（可能基于用户输入等），因此编译器添加了额外的数据结构来支持这一点。 该标准并未规定应如何实施。C++通过虚函数表实现多态，但是虚函数会影响类的内存布局，并且虚函数的调用会增加运行时的开销。静态多态性：在这种类型中，对象的类型在编译时本身是已知的，因此实际上无需在数据结构中保存额外的信息。 但是如前所述，我们需要在编译时知道对象的类型。CRTP 可以实现静态多态，但本质上 CRTP 中的多个派生类并不是同一个基类，因此严格意义上不能叫多态。示例如下：
template<typename T>class base{public: virtual ~base(){} void interface() { static_cast<T*>(this)->impl(); } void impl() { cout << "base impl... " << endl; }};class derived1 : public base<derived1>{public: void impl(){ cout << "derived1 impl... " << endl; }};class derived2 : public base<derived2>{public: void impl() { cout << "derived2 impl..." << endl; }};template<typename T>void testDemo(T & base){ base.interface();}int main(){ derived1 a1; derived2 a2; testDemo(a1); //输出：derived1 impl... testDemo(a2); //输出：derived2 impl... return 0;}2.2.代码复用和扩展性
使用 CRTP 可以把重复性的代码抽象到基类中，减少代码冗余。示例代码如下：
template<typename T>class base{public: virtual ~baseDemo(){} void getType() { T& t = static_cast<T&>(*this); cout << typeid(t).name() << endl; } };class derived1 : public base<derived1>{};class derived2 : public base<derived2>{};int main(){ derived1 a1; derived2 a2; a1.getType(); //输出：class derived1 a2.getType(); //输出：class derived2 return 0;}可以看到，在基类中getType函数中能够获取到派生于base所有类的类型信息，相比于虚函数的方式减少了代码。上面的代码在getType函数不变的情况下，可以任意编写base的扩展类，提高了代码的可重用性和灵活性。
我们再看一个示例：多态拷贝构造（Polymorphic copy construction）
// Base class has a pure virtual function for cloningclass Shape {public: virtual ~Shape() {}; virtual Shape *clone() const = 0;};// This CRTP class implements clone() for Derivedtemplate <typename Derived>class Shape_CRTP : public Shape {public: virtual Shape *clone() const { return new Derived(static_cast<Derived const&>(*this)); }}; // Nice macro which ensures correct CRTP usage#define Derive_Shape_CRTP(Type) class Type: public Shape_CRTP<Type> // Every derived class inherits from Shape_CRTP instead of ShapeDerive_Shape_CRTP(Square) {};Derive_Shape_CRTP(Circle) {};传统的实现方式是，基类有个虚拟clone函数，每个继承类实现自己的clone函数功能。依靠CRTP技术，只定义一个就够了，大家通用，一样减少了冗余代码，提高了代码的复用性。
其实，CRTP使用到的地方很多，比如还可以实现一种多态的链式式编程。示例代码如下：
template <typename ConcretePrinter>class Printer{public: Printer(std::ostream& pstream) : stream_(pstream) {} template <typename T> ConcretePrinter& print(T&& t) { stream_ << t; return static_cast<ConcretePrinter&>(*this); } template <typename T> ConcretePrinter& println(T&& t) { stream_ << t << std::endl; return static_cast<ConcretePrinter&>(*this); }private: std::ostream& stream_;};enum Color{ red,blue,green};class CoutPrinter : public Printer<CoutPrinter>{public: CoutPrinter() : Printer(std::cout) {} CoutPrinter& SetConsoleColor(Color c) { return *this; }};void TestChain(){ CoutPrinter().print("Hello ").SetConsoleColor(Color::red).println("Printer!");}int main(){ TestChain(); return 0;}从上面代码可以看出，都是从类成员函数中返回自身的引用，基类通过模版返回派生类的引用和派生类返回自己达到一样的目的。一般来说在c++里很少出现这种链式的代码，只有通过模版才能实现这种效果。这个跟函数实现链式表达式的原理差不多。
如何写出高质量的函数？快来学习这些coding技巧-CSDN博客
3.总结
优点：省去动态绑定、查询虚函数表带来的开销。通过CRTP，基类可以获得到派生类的类型，提供各种操作，比普通的继承更加灵活。但CRTP基类并不会单独使用，只是作为一个模板的功能。缺点：使用CRTP需要编写更多的模板代码，增加了代码的复杂度，对于不熟悉模板编程的开发者来说可能会带来一定的学习成本。