C++中的CRTP(奇异递归模板模式)是什么？(实现静态多态的常用技巧)

CRTP能实现静态多态，因其基类为模板且参数为派生类自身，使基类可通过static_cast(this)在编译期安全调用派生类接口，无虚函数开销。

CRTP 不是运行时多态的替代品，而是一种在编译期就“固定行为绑定”的机制——它让基类能直接调用派生类的静态成员或函数，无需虚函数表、无运行时开销，但要求派生类必须显式继承自 Base。

为什么 CRTP 能实现静态多态？

关键在于基类模板参数就是派生类自身，使得基类内部可通过 static_cast(this) 安全地访问派生类的接口。这种转换在编译期就能验证合法性（因为 Derived 是已知具体类型），且不产生虚函数调用开销。

常见误用是忘记 static_cast 或误写成 dynamic_cast（后者在 CRTP 场景下非法，因无虚函数）。

• 基类不能定义为普通类，必须是模板：例如 template class Base
• 派生类必须继承自 Base，不能是 Base 或其他类型
• 派生类需在定义完成后才可被 CRTP 基类使用，头文件中循环依赖易导致编译失败

static_cast(this) 的安全前提

这个转型成立的唯一前提是：当前对象确实是 Derived 类型（或其公有、非虚继承的子类），且 Base 是 Derived 的直接/间接基类。编译器会检查继承关系，但不会检查 this 指针是否真指向 Derived 实例——所以必须确保构造顺序和继承结构正确。

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典型错误包括：

• 在基类构造函数体中调用 static_cast(this)->func()：此时 Derived 部分尚未构造，行为未定义
• 将 CRTP 基类用于多重继承中非首基类的位置，导致 this 指针偏移，static_cast 失败
• 派生类私有继承 Base：模板实例化仍通过，但 static_cast 在基类内不可见派生类成员

一个最小可用的计数器 CRTP 示例

常用于实现自动对象计数、接口注入等场景，避免虚函数与运行时 dispatch。

template 
class Counter {
public:
    static int count() { return s_count; }
    Counter() { ++s_count; }
    ~Counter() { --s_count; }
protected:
    Counter(const Counter&) = default;
    Counter& operator=(const Counter&) = default;
private:
    static inline int s_count = 0;
};
class Widget : public Counter {
public:
void work() {
// 可直接使用派生类特化逻辑
static_cast>(this)->do_work();
}
private:
void do_work() { / 实际逻辑 */ }
};

注意：这里 Counter 是 Widget 的基类，static_cast(this) 合法；若把 Widget 改为 final，不影响 CRTP 正常工作；但若去掉 public 继承，则 Counter 内无法访问 Widget 的 private 成员，也无法完成向下转型语义。

CRTP 最容易被忽略的点是：它不提供接口抽象能力——你不能写 std::vector> 来存放不同派生类对象，因为每个 Base 都是完全不同的类型。它解决的是“单个类型如何复用基类逻辑并反向调用自身”，不是“如何统一处理多种类型”。