奇异递归模版模式不“奇异”

Posted 2021-05-19 blackstar666

　　同学们是否有听说过奇异递归模版模式(CRTP)？听说过的同学大致也知道其代码编写格式是怎么样的？但是，同学们是否有弄清楚过其是怎么达到这种效果的？接下来就简单聊聊！

一、奇异递归模板模式

　　下面是奇异递归模板模式的一般编写格式：

 1 template<typename T>
 2 class Base
 3 {
 4 public:
 5     Base()
 6     {
 7         std::cout << "Base::Base<" << typeid(T).name() << "> ctor\\n";
 8     }
 9     ~Base()
10     {
11         std::cout << "~Base::Base<" << typeid(T).name() << "> dtor\\n";
12     }
13     void Interface()
14     {
15         std::cout << "Base::Interface()\\n";
16         static_cast<T*>(this)->Implement1();
17     }
18 };
19 
20 
21 class D : public Base<D>
22 {
23 public:
24     D()
25     {
26         std::cout << "D::D<" << typeid(this).name() << "> ctor\\n";
27     }
28     ~D()
29     {
30         std::cout << "~D::D<" << typeid(this).name() << "> dtor\\n";
31     }
32 
33     void Implement()
34     {
35         std::cout << "D::Implement()\\n";
36     }
37 };

　　有一个基类模板，子类继承该基类时，使用子类实例化基类。起到调用基类接口实际上动态调用子类方法的作用，又被称之为“静态多态”(和重载不同)。调用方法如下：

1 int main()
2 {
3     D b;
4     b.Interface();
5     return 0;
6 }

　　运行结果：

     

　　要想弄清楚奇异递归模板模式如何达到这种效果，得先弄清楚两个基础问题：

1. 类模板或函数模板什么时候被编译？
2. std::static_cast能否向上转换？

二、类模板或函数模板什么时候被编译？

　　回答类模板或函数模板什么时候被编译前，先问自己：函数模板和模板函数，类模板和模板类的区别是什么。思考下... ...。其实类模板或函数模板，就是带有模板类型参数的类或函数，比如上面的奇异递归模板就是一个类目标；模板类或函数，就是实例化模板的类或函数，比如子类继承基类就是模板类，也叫做模板实例化。我们编写的类模板或函数模板，在没有实例化前，是不会被编译器编译。怎么验证呢？很简单，没有实例化上面的奇异递归模板时，我随便写过不存在的调用函数，编译不会出现错误。如下类模板：

 1 template<typename T>
 2 class Base
 3 {
 4 public:
 5     Base()
 6     {
 7         std::cout << "Base::Base<" << typeid(T).name() << "> ctor\\n";
 8     }
 9     ~Base()
10     {
11         std::cout << "~Base::Base<" << typeid(T).name() << "> dtor\\n";
12     }
13     void Interface()
14     {
15         std::cout << "Base::Interface()\\n";
16         static_cast<T*>(this)->Implement1(); // 不存在的函数
17         auto value = T::value;               // 不存在的值
18     }
19 };

　　

　　如果实例化类模板，那么就会编译报错：

      

　　预处理后的预处理文件还是没有对类模板进行类型推导：

 　

　　所以，通过上面的验证，类模板或函数模板必须要实例化，然后编译器才会在编译阶段的时候进行类型推导并编译出obj文件。

三、std::static_cast能否向上转换？

　　先按照老规则，官方文档链接：static_cast conversion - cppreference.com。

 

　　第9种情况说明了std::static_cast可以向上转换，但也强调，这种转换并不进行检查以确保转换后对象的成员是否存在。下面可以通过代码验证：

 1 class B {
 2 public:
 3     B()
 4         : _b(1)
 5     {
 6         std::cout << "B::B() ctor\\n";
 7     }
 8     virtual ~B()
 9     {
10         std::cout << "B::~B() dctor\\n";
11     }
12 
13 private:
14     int _b;
15 };
16 
17 class D : public B
18 {
19 public:
20     D()
21         : _d(2)
22     {
23         std::cout << "D::D() ctor\\n";
24     }
25     ~D()
26     {
27         std::cout << "D::~D() ctor\\n";
28     }
29     void Func()
30     {
31         //this->_d = 2;
32         std::cout << "D::Func() " << _d << std::endl;
33     }
34 private:
35     int _d;
36 };
37 
38 int main()
39 {
40     auto b = new B();
41     auto d = static_cast<D*>(b);
42     d->Func();
43     return 0;
44 }

　　

      

　　虽然转换后的子类可以正常调用子类函数，但是子类成员变量是随机值，这个也验证了官方文档中第9条转换规则中强调的问题。关于奇异递归模板模式的作用和使用问题，在实际项目中没有使用过，但是在boost等一些开业库中有涉及到它，感兴趣的同学可以访问下面的参考链接地址，进一步了解和学习奇异递归模板模式。

 

参考：The Curiously Recurring Template Pattern (CRTP) - Fluent C++ (fluentcpp.com)