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C++类型擦除模式运行时多态替代方案

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发布： 2025-08-19 15:03:01

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类型擦除是通过模板将具体类型隐藏，对外提供统一接口的技术。它利用模板在编译期生成代码，避免虚函数表开销，提升性能，同时支持函数对象、lambda等非继承类型。核心结构包括定义接口的抽象基类、封装具体类型的模板派生类，以及管理生命周期的持有类。典型应用如std::function和std::any，适用于回调、策略模式等需统一接口的场景，兼具灵活性与高效性。

c++类型擦除模式运行时多态替代方案

类型擦除是一种在不依赖运行时多态（如虚函数）的情况下，实现接口统一和泛型行为的技术。它常用于替代传统的继承+虚函数机制，避免虚函数表开销，同时保持接口的灵活性。C++中通过模板和封装将具体类型“擦除”，对外暴露一致的接口。

什么是类型擦除

类型擦除的核心思想是：把具体类型隐藏在内部，对外只提供统一的接口。调用者无需知道底层类型，但能执行相同的操作。这与运行时多态相似，但实现方式不同。

传统多态依赖虚函数表，在运行时动态分发。类型擦除则利用模板在编译期生成代码，运行时不再需要虚调用，性能更高，且能容纳非继承类型（如函数对象、lambda）。

常见实现方式

通过组合模板和多态内部实现，将具体类型封装在基类接口之后。典型结构包括：

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抽象基类：定义统一接口，通常包含纯虚函数
模板派生类：继承基类，封装具体类型并实现接口
持有类（如any、function）：对外暴露的类型，管理内部对象的生命周期

示例：简易类型擦除函数包装器

模拟 std::function 的基本行为：

class RuntimeFunction {
  struct CallableBase {
    virtual ~CallableBase() = default;
    virtual void call() = 0;
  };

  template <typename F>
  struct CallableWrapper : CallableBase {
    F f;
    CallableWrapper(F f) : f(std::move(f)) {}
    void call() override { f(); }
  };

  std::unique_ptr<CallableBase> ptr;

public:
  template <typename F>
  RuntimeFunction(F f) : ptr(std::make_unique<CallableWrapper<F>>(std::move(f))) {}

  void operator()() { ptr->call(); }
};

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这里，CallableWrapper 擦除了 F 的具体类型，RuntimeFunction 对外只暴露统一调用接口。