奇异递归

奇异递归（Curiously Recurring Template Pattern，CRTP） 是一种C++模板编程技术，其核心思想是：一个类（派生类）将自己作为模板参数传递给其基类。这种模式通过编译时多态（静态多态）实现类似运行时多态的行为，但避免了虚函数的开销。

基本结构

template <typename Derived>
class Base {
    // 基类通过模板参数Derived访问派生类的成员
};

class Derived : public Base<Derived> {  // 派生类将自己作为模板参数传递给基类
    // 派生类实现
};

核心特点

1. 编译时多态基类通过static_cast<Derived*>(this)直接调用派生类的方法，无需虚函数表（vtable）的开销。
2. 派生类自我引用派生类继承时，将自己作为模板参数传递给基类模板。

典型用途

1. 静态多态（替代虚函数）

template <typename Derived>
class Animal {
public:
    void Speak() {
        static_cast<Derived*>(this)->ImplementSpeak();
    }
};

class Cat : public Animal<Cat> {
public:
    void ImplementSpeak() { std::cout << "Meow\n"; }
};

class Dog : public Animal<Dog> {
public:
    void ImplementSpeak() { std::cout << "Woof\n"; }
};

// 使用
Animal<Cat> cat;
cat.Speak();  // 输出 "Meow"（编译时绑定）

2. 计数器模式（统计实例数量）

template <typename T>
class Counter {
public:
    static int count;
    Counter() { ++count; }
    ~Counter() { --count; }
};
template <typename T> int Counter<T>::count = 0;

class Widget : public Counter<Widget> {};  // 每个Widget实例自动计数

3. 链式调用（Fluent Interface）

template <typename Derived>
class Chainable {
public:
    Derived& self() { return static_cast<Derived&>(*this); }
    Derived& SetX(int x) { /*...*/ return self(); }
};

class Builder : public Chainable<Builder> {
    // 可链式调用：Builder().SetX(1).SetY(2)
};

优点

• 性能：避免虚函数调用的运行时开销。
• 灵活性：基类可对派生类进行编译时定制。
• 代码复用：通用逻辑集中在基类中。

注意事项

1. 类型安全：需确保模板参数确实是派生类（可通过static_assert验证）。
2. 菱形继承：多重继承时可能引发问题。
3. 可读性：代码可能对初学者较难理解。

与其他技术的对比

CRTP是C++模板元编程中的经典模式，广泛应用于库设计（如Boost.Iterator、Eigen等），适合需要高性能和编译时确定性的场景。