为什么我要在简单模板上使用 CRTP 来实现静态多态性？答案

【问题标题】：Why do I want to use CRTP over simple template for static polymorphism?为什么我要在简单模板上使用 CRTP 来实现静态多态性？
【发布时间】：2020-07-23 21:06:46
【问题描述】：

我已经阅读了很多关于 Curiously Recurring Template Pattern 的帖子，但我仍然不明白为什么我不想使用它而不是仅仅使用模板编程。

以下是维基百科稍作修改的示例：

template <class T> 
struct Base
{
    void interface()
    {
        static_cast<T*>(this)->implementation();
    }
};

struct Derived : Base<Derived>
{
    void implementation();
};

但是，我可以用更直接的方式对模板做同样的事情：

template <class T> 
struct OuterClass
{
    void interface()
    {
        nested->implementation();
    }
private:
    T* nested;
};

struct NestedClass
{
    void implementation();
};

OuterClass<NestedClass> x;
x.interface();

CRTP 与我的实施相比有什么优势？

编辑：T* nested; 作为成员变量的行也可以只是T nested;，这样nested 是由外部类的构造函数创建的。

【问题讨论】：

我能想到的最简单的答案是，在后一种情况下，使用该接口的开发人员需要知道类型是如何组合的——他们必须明确地说OuterClass<NestedClass>。在 CRTP 案例中，尤其是私有继承，这是他们不必知道的细节。旁注：在第二个示例中，OuterClass<T>::nested 未初始化。
什么提供“T* 嵌套”？
@Klaus 它总是可以由默认构造函数提供
@cdhowie 对于你提出的第一点，我可以使用 typedef 来解决这个问题。

标签： c++ crtp

【解决方案1】：

我也可以这样做

不，您有一个额外的数据成员“T* nested”，它是在运行时设置的。因此，编译器并不完全了解它将看到的确切对象，并且可能优化得不太理想。此外，如果使用“this”，则可以通过指针进行间接寻址，因为在编译时就知道对任何数据成员的访问，即使调用的作者必须写static_cast<T*>(this)->something，但是完整的操作在编译时是完全已知的。

你所做的更像是一个虚函数调用，而不是编译时多态性。

另外你还得在某处设置嵌套指针，这意味着通过构造函数传递的东西，这在代码和速度上也是开销。

最后我看到，您需要分两步创建您的对象。首先是“嵌套”的，然后将其指针传递给外部类。这也可能导致性能下降，并可能产生诸如非连续内存、高速缓存行未命中等副作用。

【讨论】：

等待...在第二种情况下（除非T::implementation() 是虚拟的）编译器确实知道编译时的完整操作。我在这里看到的唯一次优的事情是对*nested 的任何数据成员的额外间接级别。方法调用的分派方式仍与 CRTP 方法相同。
@cdhowie “在编译时知道完整的操作” 不！如果对方法的调用不需要数据成员访问，则可以将其设为静态。因此，它总是额外的间接性！
可能对数据有额外的间接性，但这听起来像是编译器甚至无法解析最终的函数调用，直到运行时，这是错误的。编译器确切地知道将调用哪个函数（同样，假设该函数是非虚拟的）它只是不知道 this 在运行时之前将是什么。它可能仍会进行大量优化，包括内联函数调用。
@cdhowie：它知道如何访问代码，但不知道如何访问数据！并且调用从给定对象访问数据的方法，这在编译时是未知的，会导致优化效果不佳。再次重申：如果您在方法调用中不访问对象的数据，则将您的方法设为静态。在这种情况下，您根本不需要指针，但这与运行时或编译时多态性无关。
@Klaus 我不同意。而不是使用指针 T*，我可以使用从 OuterClass 的默认构造函数创建的成员变量作为“T 嵌套”来完成。在这种情况下，一切在编译时都是已知的。

【解决方案2】：

提供的解决方案几乎是基于虚函数的多态性的自制（假设示例不完整并且在其他地方有一些代码实际上设置了T*）

运行时多态性（又称类型擦除）的主要缺点是性能。由于您需要取消引用指针，编译器通常无法在编译时知道调用了哪个函数，因此无法内联函数并就函数的副作用做出决定。最重要的是，通过指针调用通常需要一个额外的指针解引用步骤，这也会减慢速度。

【讨论】：