c++中什么是CRTP（奇异的递归模板模式）

c++中什么是CRTP（奇异的递归模板模式）_c++ CRTP解析

冰火之心

发布： 2025-10-13 13:48:01

原创

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CRTP通过派生类作为模板参数继承基类实现静态多态，编译期确定函数调用，避免虚函数开销，常用于性能敏感场景如表达式模板与计数器，具备零成本抽象和类型安全优势，但牺牲运行时多态与代码可读性。

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CRTP（Curiously Recurring Template Pattern），中文常译为“奇异的递归模板模式”，是C++中一种利用模板实现静态多态的技术。它通过让基类以派生类作为模板参数来继承自身，从而在编译期就能确定调用的具体函数，避免了虚函数带来的运行时开销。

CRTP的基本结构

CRTP的典型写法如下：

template <typename Derived><br>class Base {<br>public:<br>    void interface() {<br>        static_cast<Derived*>(this)->implementation();<br>    }<br><br>    void common_function() {<br>        // 一些通用逻辑<br>    }<br>};<br><br>class Derived : public Base<Derived> {<br>public:<br>    void implementation() {<br>        // 具体实现<br>    }<br>};

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在这个例子中，Base 是一个类模板，接受一个类型参数 Derived，而 Derived 类继承自 Base<Derived>。这种“派生类作为模板参数传给基类”的结构就是CRTP的核心特征。

静态多态：替代虚函数的高效方式

传统多态依赖虚函数表，在运行时进行动态绑定。CRTP则在编译期完成函数解析，称为“静态多态”或“早绑定”。

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比如，下面这个使用CRTP实现加法和乘法的例子：

template <typename T><br>struct Expression {<br>    const T& as_derived() const {<br>        return *static_cast<const T*>(this);<br>    }<br>};<br><br>struct DoubleValue : Expression<DoubleValue> {<br>    double val;<br>    DoubleValue(double v) : val(v) {}<br><br>    double eval() const { return val; }<br>};<br><br>struct Add : Expression<Add> {<br>    const Expression<auto>::type& left;<br>    const Expression<auto>::type& right;<br><br>    template <typename L, typename R><br>    Add(const L& l, const R& r) : left(l), right(r) {}<br><br>    double eval() const {<br>        return left.eval() + right.eval();<br>    }<br>};

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虽然上面示例略作简化（实际中需更严谨的类型处理），但可以看出表达式模板如何利用CRTP在编译期构建计算结构，提升性能。

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常见应用场景

性能敏感代码：如数学库、表达式模板（Eigen等线性代数库广泛使用）。
接口统一与代码复用：基类提供通用方法，派生类只实现特定逻辑。
实现“自我引用”功能：例如对象克隆、日志记录、自动注册机制等。

举个简单的计数器例子：

template <typename Derived><br>class Counter {<br>private:<br>    inline static int count = 0;<br>public:<br>    Counter() { ++count; }<br>    ~Counter() { --count; }<br><br>    static int get_count() {<br>        return count;<br>    }<br>};<br><br>class MyType : public Counter<MyType> { };<br>// 每个类型独立计数

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这样每个继承它的类型都有自己独立的计数器，互不干扰。