C++ CRTP（奇异递归模板模式）

CRTP 是什么？

一句话总结：CRTP 就是让子类把自己作为模板参数传递给父类。

听起来有点绕，直接上代码就明白了：

template <typename Derived>
class Base {// ...
};class Derived : public Base<Derived> {// ...
};

Derived 继承自 Base<Derived>，也就是说，子类把自己“递归”地传给了父类。这就是“奇异递归”的由来。

CRTP 有啥用？

其实 CRTP 最常用的场景有三个：

静态多态：不用虚函数也能实现类似多态的效果，而且没有虚表，效率高。
代码复用：基类写通用逻辑，子类只需要实现自己的部分。
每个子类独立的静态成员：比如计数器，每个子类都有自己的静态变量。

CRTP 的原理

CRTP 的核心原理其实很简单，就是利用了 C++ 模板的“编译期展开”特性，让基类在编译时就能知道派生类的类型。

1. static_cast 的作用

在 CRTP 里，基类通常会用 static_cast<Derived*>(this) 把自己转换成派生类指针，然后调用派生类的方法。这样，虽然代码写在基类里，但实际调用的是派生类的实现。

比如：

void interface() {static_cast<Derived*>(this)->implementation();
}

这行代码在编译期就能确定 Derived 的类型，所以没有虚表，也没有运行时开销。

2. 编译期多态的本质

CRTP 实现的是“静态多态”，也就是多态的分发发生在编译期，而不是运行时。模板展开时，基类里的 static_cast<Derived*> 会被替换成具体的派生类类型，所有调用都在编译时就确定了。

3. 代码复用和静态接口约束

代码复用：基类可以写通用的逻辑，比如日志、计数、接口包装等，具体实现交给派生类。这样不同的派生类可以复用同一套基类逻辑。
静态接口约束：如果派生类没有实现基类里要调用的方法（比如 implementation()），编译时就会报错。这其实是一种“编译期接口检查”，比传统的虚函数更早发现问题。

一个简单的例子

假如我有一堆不同的动物，每种动物都能“说话”，但我又不想用虚函数（比如对性能有要求），CRTP 就能派上用场：

#include <iostream>template <typename Derived>
class Animal {
public:void speak() {static_cast<Derived*>(this)->speak_impl();}
};class Dog : public Animal<Dog> {
public:void speak_impl() {std::cout << "汪汪！" << std::endl;}
};class Cat : public Animal<Cat> {
public:void speak_impl() {std::cout << "喵喵！" << std::endl;}
};int main() {Dog d;Cat c;d.speak(); // 汪汪！c.speak(); // 喵喵！return 0;
}

这里的 Animal 基类里有个 speak()，但真正的实现是在子类里。通过 static_cast<Derived*>(this)，基类可以“静态”地调用子类的方法。这样既有多态的效果，又没有虚函数的开销。

CRTP 实例

1. 每个子类独立计数

有时候我想统计每种类型各自创建了多少对象，CRTP 也能轻松搞定：

template <typename Derived>
class Counter {
public:static int count;Counter() { ++count; }
};
template <typename Derived>
int Counter<Derived>::count = 0;class Apple : public Counter<Apple> {};
class Banana : public Counter<Banana> {};int main() {Apple a1, a2;Banana b1;std::cout << Apple::count << std::endl;  // 输出2std::cout << Banana::count << std::endl; // 输出1
}

每个子类都有自己的静态成员变量，互不影响。

2 . 日志

#include <iostream>
#include <string>// CRTP 日志基类
template <typename Derived>
class LoggerBase {
public:void runWithLog(const std::string& opName) {std::cout << "[LOG] 开始操作: " << opName << std::endl;static_cast<Derived*>(this)->run();  // 调用派生类的 run()std::cout << "[LOG] 结束操作: " << opName << std::endl;}
};// 业务类A
class MyAlgorithm : public LoggerBase<MyAlgorithm> {
public:void run() {std::cout << "算法A正在运行..." << std::endl;}
};// 业务类B
class MyService : public LoggerBase<MyService> {
public:void run() {std::cout << "服务B正在处理..." << std::endl;}
};int main() {MyAlgorithm algo;MyService svc;algo.runWithLog("算法A任务");svc.runWithLog("服务B任务");return 0;
}