为什么奇怪重复模板模式 (CRTP) 有效答案

【问题标题】：why Curiously Recurring Template Pattern (CRTP) works为什么奇怪重复模板模式 (CRTP) 有效
【发布时间】：2018-04-07 15:34:57
【问题描述】：

我遇到了很多关于 CRTP 是什么的解释，但没有解释它为什么起作用。

微软在 ATL 中的 CRTP 实现也是在 1995 年由 Jan Falkin 独立发现的，他不小心从派生类派生了一个基类。 Christian Beaumont 第一次看到 Jan 的代码，最初认为它不可能在当时可用的 Microsoft 编译器中编译。在发现它确实有效之后，Christian 将整个 ATL 和 WTL 设计都基于这个错误。

例如，

 template< typename T >
 class Base
 {
    ...
 };

 class Derived : public Base< Derived >
 {
    ...
 };

我明白为什么以及何时可以使用它。但我想知道编译器是如何以这种方式工作的。因为在我看来，由于无休止的递归，它不应该工作：类Derived继承自Base< Derived >，其中Derived是继承自Base< Derived >的类，其中Derived...等等。

能否请您从编译器的角度逐步解释它是如何工作的？

【问题讨论】：

标签： c++ templates crtp

【解决方案1】：

递归定义的类型并不罕见：链表也是递归的。它之所以有效，是因为在循环中的某一时刻，您不需要完整的类型，您只需要知道它的名称。

struct LinkedNode {
    int data;
    LinkedNode *next; // Look ma, no problem
};

对于 CRTP，这一点就在这里：

Base<Derived>

为Derived 实例化Base 是否不要求Derived 是完整的，只知道它是一个类类型。即，以下工作正常：

template <class>
struct Foo { };

struct Undefined;

Foo<Undefined> myFoo;

因此，只要Base 的定义不要求Derived 是完整的，一切正常。

【讨论】：

@JimBalter 一个反例可能是其类型在 Derived 中定义的成员，即template <class D> struct B { typename D::foo member; };。如果 D 在此时不完整，则将无法实例化，因此不适合 CRTP。
@JimBalter 对于链表，如果编译器不允许类型在其自己的定义中命名，它必须看起来像 struct LN { int data; void *next; }; 并且你必须转换你的从外面绕过去。
@JimBalter 我不知道为什么你必须如此敌对，我不知道如何以另一种方式重新表述我的答案。类型可以是完整的或不完整的，CRTP 总是接收不完整的类型作为参数，仅此而已。以完全相同的方式，您可以形成一个指向不完整类型的指针，并将其用于同一类型的定义中，这样链表就可以工作。

【解决方案2】：

CRTP 被命名为 recurring 因为在

class Derived: public Base<Derived> { ... }

类模板Base在类Derived上实例化，该类继承自类Base<Derived>，而类模板Base在Derived上实例化，后者继承Base<Dervied> ... 等等。

上面的名称Derived 用于它自己的定义中，在尚未完全定义的上下文中，因此，这使得Derived 成为一个不完整 类型。 Base<Derived> 正在被实例化为 Derived 类型，此时该类型不完整，因此这是递归结束的地方，因为 Base 无法知道 Derived 依次继承自 Base<Derived>。

【讨论】：

【解决方案3】：

public Base< Derived >

这里，Derived 仅指在Base 中用于T 的类型名，仅此而已。您当然可以获得无限递归，但这完全取决于您如何在 Base 中使用 T 。 T 本身只是一个与任何其他类类型一样的类型，类型本身实际上并没有做任何事情。

【讨论】：