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告別運(yùn)行時(shí)多態(tài)?CRTP 讓代碼更高效

開發(fā)
在這個(gè)神奇的 C++ 世界里,還藏著好幾個(gè)強(qiáng)大的多態(tài)實(shí)現(xiàn)方式,它們各有特色,有些場景下甚至比虛函數(shù)表現(xiàn)得更出色!

嘿,C++ 程序員們! 虛函數(shù)對你來說已經(jīng)是小菜一碟了嗎?不過等等,讓我來告訴你一個(gè)有趣的秘密 - C++ 的多態(tài)世界遠(yuǎn)不止虛函數(shù)這一種玩法哦! 

在這個(gè)神奇的 C++ 世界里,還藏著好幾個(gè)強(qiáng)大的多態(tài)實(shí)現(xiàn)方式,它們各有特色,有些場景下甚至比虛函數(shù)表現(xiàn)得更出色! 

準(zhǔn)備好開啟這段奇妙的代碼探險(xiǎn)了嗎?系好安全帶,讓我們一起來發(fā)掘這些鮮為人知的多態(tài)魔法吧! 

模板:多態(tài)界的"百變大咖" 

哇!快來看看這位神通廣大的模板大師!它就像是代碼世界里的"變形金剛",不用繼承那一套繁瑣的規(guī)則,也不需要虛函數(shù)來幫忙,就能在編譯時(shí)玩轉(zhuǎn)各種類型,簡直就是多態(tài)界的"變臉高手"!來瞧瞧這段神奇的代碼:

template<typename T>
T maxValue(T a, T b) {
    return (a > b) ? a : b;  // 這里可是暗藏玄機(jī)哦!?
}

這個(gè)看似簡單的小魔法,卻能變出無窮的花樣!給它兩個(gè)數(shù)字,它秒變計(jì)算器;給它兩個(gè)字符串,它立馬化身文本比較官 ;給它兩個(gè)自定義類型,只要你教會它們比大小(實(shí)現(xiàn)了> 運(yùn)算符),它就能完美勝任!就像是一個(gè)萬能的變色龍,什么類型都能完美駕馭,這波操作,簡直就是編譯時(shí)多態(tài)的巔峰之作啊!

CRTP:多態(tài)界的"魔法傳承" 

哎呀,各位小可愛們,今天要給大家介紹一位超級特別的"魔法師" —— CRTP(奇異遞歸模板模式)!雖然名字聽起來有點(diǎn)嚇人,但別擔(dān)心,它其實(shí)就是個(gè)可愛的小機(jī)靈鬼!讓我們通過一個(gè)有趣的打印系統(tǒng)來認(rèn)識它吧~

首先,我們來創(chuàng)建一個(gè)基礎(chǔ)的打印機(jī)模板類:

template<typename Derived>
class Printer {
public:
    void print() {
        // 施展魔法,調(diào)用派生類的具體實(shí)現(xiàn) ?
        static_cast<Derived*>(this)->printImpl();
        // 每次打印后都來點(diǎn)花里胡哨的裝飾 ??
        cout << "=== 打印完成 ===" << endl;
    }
protected:
    void printImpl() {
        cout << "哎呀,這臺打印機(jī)還沒設(shè)置打印方式呢!??" << endl;
    }
};

瞧瞧這個(gè)可愛的基類,它就像是一個(gè)魔法模具,準(zhǔn)備接收各種不同的打印方式!現(xiàn)在,讓我們來創(chuàng)建一個(gè)彩色打印機(jī):

class ColorPrinter : public Printer<ColorPrinter> {
public:
    void printImpl() {
        cout << "?? 哇!我可以打印彩色的小花花!" << endl;
    }
};

再來一個(gè)黑白打印機(jī),它比較樸實(shí)無華:

class BWPrinter : public Printer<BWPrinter> {
public:
    void printImpl() {
        cout << "? 我是一本正經(jīng)的黑白打印機(jī)~" << endl;
    }
};

讓我們看看這些打印機(jī)是怎么工作的:

int main() {
    ColorPrinter colorful;
    BWPrinter blackwhite;
    
    cout << "彩色打印機(jī)開始工作啦:" << endl;
    colorful.print();
    
    cout << "\n換個(gè)打印機(jī)試試:" << endl;
    blackwhite.print();
    return 0;
}

運(yùn)行一下,看看我們的打印機(jī)們會說些什么:

彩色打印機(jī)開始工作啦:
?? 哇!我可以打印彩色的小花花!
=== 打印完成 ===

換個(gè)打印機(jī)試試:
? 我是一本正經(jīng)的黑白打印機(jī)~
=== 打印完成 ===

是不是覺得很神奇?這就是 CRTP 的魔法!它就像是一個(gè)聰明的魔法老師,在編譯的時(shí)候就道每個(gè)學(xué)生要使用什么魔法。不需要等到運(yùn)行時(shí)才決定(像虛函數(shù)那樣),所以特別快!而且完全沒有額外開銷,簡直是性能黨的最愛啊!

但是要注意哦,使用 CRTP 的時(shí)候要遵守一些小規(guī)則:

// ? 千萬不要這樣做,會讓編譯器困惑的!
class WrongPrinter : public Printer<ColorPrinter> {  // 搞錯(cuò)繼承了!
    // ...
};

// ? 要這樣寫才對,繼承時(shí)使用自己的類型
class CorrectPrinter : public Printer<CorrectPrinter> {
    // ...
};

CRTP 就像是一個(gè)聰明的小精靈,它能在編譯時(shí)就幫我們規(guī)劃好所有的函數(shù)調(diào)用路徑。特別適合那些需要高性能,同時(shí)又想要優(yōu)雅地復(fù)用代碼的場景!比如:

  • 游戲引擎中的組件系統(tǒng)
  • 高性能計(jì)算庫
  • 圖形渲染管線

記住啦,在 C++ 的魔法世界里,CRTP 就是那個(gè)特立獨(dú)行的小天才,用編譯時(shí)多態(tài)的方式,讓代碼既快速又優(yōu)雅!讓我們給這位魔法師一個(gè)大大的掌聲吧!

CRTP 實(shí)戰(zhàn)演練:動物園里的歡樂派對!

哎呀,今天咱們來看看 CRTP 這位魔法師在動物園里掀起了什么有趣的風(fēng)波~ 想象一下,每個(gè)小動物都有自己獨(dú)特的叫聲和覓食方式,讓我們用 CRTP 這個(gè)小機(jī)靈鬼來實(shí)現(xiàn)這個(gè)歡樂的場景吧!

template<typename Derived>
class Animal {
public:
    void makeSound() {
        cout << "動物準(zhǔn)備開口啦..." << endl;
        static_cast<Derived*>(this)->soundImpl();
        cout << "嗯!好響亮的叫聲呢!??" << endl;
    }
    
    void findFood() {
        cout << "肚子咕咕叫,該覓食啦..." << endl;
        static_cast<Derived*>(this)->findFoodImpl();
    }

protected:
    void soundImpl() { cout << "(這只小可愛還在害羞呢~)??" << endl; }
    void findFoodImpl() { cout << "(還不知道吃什么好...)??" << endl; }
};

class Cat : public Animal<Cat> {
public:
    void soundImpl() {
        cout << "喵星人優(yōu)雅地說:喵~ 鏟屎官快來!??" << endl;
    }
    
    void findFoodImpl() {
        cout << "貓貓優(yōu)雅地翻翻小魚干,順便打翻零食罐 ??" << endl;
    }
};

class Duck : public Animal<Duck> {
public:
    void soundImpl() {
        cout << "鴨鴨開心地嘎嘎嘎~??" << endl;
    }
    
    void findFoodImpl() {
        cout << "鴨鴨在池塘里快樂地捕魚,順便打個(gè)水漂 ??" << endl;
    }
};

瞧瞧這些可愛的小動物們是怎么表演的:

int main() {
    Cat kitty;
    Duck donald;
    
    cout << "=== 鏟屎官回家啦 ===\n" << endl;
    kitty.makeSound();    // 編譯時(shí)就知道要調(diào)用哪個(gè)喵星人啦!
    kitty.findFood();
    
    cout << "\n=== 池塘邊熱鬧起來啦 ===\n" << endl;
    donald.makeSound();   // 鴨鴨的叫聲也在編譯時(shí)就確定好啦!
    donald.findFood();
    
    return 0;
}

運(yùn)行一下,看看我們的小動物們會說些什么:

=== 鏟屎官回家啦 ===

動物準(zhǔn)備開口啦...
喵星人優(yōu)雅地說:喵~ 鏟屎官快來!??
嗯!好響亮的叫聲呢!??
肚子咕咕叫,該覓食啦...
貓貓優(yōu)雅地翻翻小魚干,順便打翻零食罐 ??

=== 池塘邊熱鬧起來啦 ===

動物準(zhǔn)備開口啦...
鴨鴨開心地嘎嘎嘎~??
嗯!好響亮的叫聲呢!??
肚子咕咕叫,該覓食啦...
鴨鴨在池塘里快樂地捕魚,順便打個(gè)水漂 ??

看到?jīng)]?CRTP 就像是動物園里的魔法訓(xùn)練師 ,它不用虛函數(shù)那套繁瑣的規(guī)則,就能讓每個(gè)小動物在表演時(shí)都發(fā)揮出自己的特色!而且所有的動作都是在編譯時(shí)就排練好的,表演起來特別利索,一點(diǎn)都不會卡殼!這就是 CRTP 的獨(dú)門絕技啦,讓代碼既輕巧又高效,簡直是 C++ 世界里的開心果!

記住啦,CRTP 就是這么一位可愛的魔法師,它用編譯時(shí)多態(tài)的方式,讓代碼世界充滿了歡樂與效率!讓我們給這場精彩的動物園派對來點(diǎn)掌聲吧!

來看看 CRTP 的"安全檢查員"是怎么工作的

哎呀,各位小伙伴們,今天我要給大家介紹一位超級可靠的"安全檢查員" —— CRTP 的靜態(tài)檢查魔法!它就像是一位嚴(yán)格但可愛的老師,在編譯的時(shí)候就幫我們檢查所有的"作業(yè)"是不是都做好啦!

template<typename Derived>
class Shape {
public:
    // 這位可愛的檢查員會確保所有圖形都乖乖繼承自 Shape 哦!??
    static_assert(std::is_base_of<Shape<Derived>, Derived>::value,
                 "哎呀呀,你是不是忘記繼承 Shape 啦?快去補(bǔ)救吧!??");
                 
    double area() {
        // 這里的檢查就像是點(diǎn)名一樣,確保每個(gè)圖形都會計(jì)算自己的面積 ??
        static_assert(std::is_member_function_pointer<
            decltype(&Derived::computeArea)>::value,
            "咦?computeArea 方法不見啦!是不是忘記寫啦???");
            
        // 通過檢查的小可愛就可以愉快地計(jì)算面積啦~ ??
        return static_cast<Derived*>(this)->computeArea();
    }
};

瞧瞧這個(gè)貼心的檢查員多么細(xì)心呀!它不但會在編譯時(shí)就幫我們檢查每個(gè)圖形是不是都乖乖地繼承了Shape 類,還會確保所有的圖形都有自己的computeArea 方法。就像是一位溫柔但嚴(yán)格的老師,在上課前就幫我們檢查好所有的作業(yè),省得到時(shí)候手忙腳亂的!

比如說,如果我們不小心寫出了這樣的代碼:

// 糟糕,忘記繼承 Shape 啦!??
class Circle {  
    double radius;
public:
    double computeArea() { return 3.14 * radius * radius; }
};

我們的檢查員就會溫柔地提醒我們:

error: static assertion failed: 哎呀呀,你是不是忘記繼承 Shape 啦?快去補(bǔ)救吧!??

是不是感覺這樣的錯(cuò)誤提示都變得可愛了呢?有了這位細(xì)心的檢查員,我們再也不用擔(dān)心會漏掉什么重要的實(shí)現(xiàn)啦!它就像是代碼世界里的小天使,默默守護(hù)著我們的程序不出錯(cuò)~

記住哦,在 C++ 的魔法世界里,靜態(tài)檢查不是限制,而是保護(hù)!它讓我們的代碼更安全、更可靠,就像是給我們的程序穿上了一件結(jié)實(shí)的盔甲!讓我們一起為這位可愛的檢查員點(diǎn)個(gè)贊吧!

鏈?zhǔn)秸{(diào)用:CRTP的"積木游戲" 

哎呀,各位小伙伴們,今天咱們來玩?zhèn)€超級有趣的"積木游戲" !還記得小時(shí)候玩積木時(shí),總是一塊接一塊地搭建出漂亮的城堡嗎?在 C++ 的魔法世界里,CRTP 也能幫我們玩這樣的游戲,它叫做"鏈?zhǔn)秸{(diào)用" !

來看看這個(gè)可愛的機(jī)器人制造工廠是怎么運(yùn)作的:

template<typename Derived>
class Builder {
public:
    // 每個(gè)積木塊都會乖乖返回自己,方便下一塊積木接上來 ??
    Derived& name(const string& name) {
        cout << "給機(jī)器人起名字啦:" << name << " ???" << endl;
        return static_cast<Derived&>(*this);
    }
    
    Derived& color(const string& color) {
        cout << "給機(jī)器人換新衣服:" << color << " ??" << endl;
        return static_cast<Derived&>(*this);
    }
};

// 這個(gè)小機(jī)器人制造商特別調(diào)皮,還能設(shè)置能量等級呢!
class RobotBuilder : public Builder<RobotBuilder> {
public:
    RobotBuilder& power(int level) {
        cout << "給機(jī)器人充能量:" << level << " ?" << endl;
        return *this;
    }
};

哇!看看我們怎么用這個(gè)神奇的積木盒子來制造機(jī)器人:

// 像搭積木一樣,一塊接一塊,超級好玩!
RobotBuilder()
    .name("小閃電")     // 先給機(jī)器人起個(gè)可愛的名字 ??
    .color("星空藍(lán)")    // 再給它換上漂亮的衣服 ??
    .power(100);      // 最后充滿能量,準(zhǔn)備出發(fā)!??

瞧瞧這個(gè)可愛的鏈?zhǔn)秸{(diào)用,是不是像在玩積木一樣有趣?每個(gè)功能就像一塊小積木,想怎么搭就怎么搭,完全不用擔(dān)心搭錯(cuò)順序!而且最神奇的是,這些積木都是在編譯時(shí)就組裝好的,一點(diǎn)都不會影響運(yùn)行速度,簡直是程序界的"樂高玩具" !

這就是 CRTP 和鏈?zhǔn)秸{(diào)用的完美組合啦!它不但讓代碼看起來超級整潔,寫起來還特別帶感,就像在寫一個(gè)小故事一樣~ 每次調(diào)用都會返回機(jī)器人自己,這樣就能繼續(xù)往下接更多的積木塊,打造出你心目中最完美的機(jī)器人!

記住啦,在 C++ 的魔法世界里,鏈?zhǔn)秸{(diào)用就是這么一個(gè)可愛的小玩具,它讓我們的代碼既優(yōu)雅又好玩,簡直是程序員的開心果!讓我們一起為這個(gè)神奇的積木游戲鼓個(gè)掌吧!

性能對比:CRTP vs 虛函數(shù)的賽跑比賽!

為什么 CRTP 能比虛函數(shù)快這么多呢?讓我們來揭秘一下背后的原因:

(1) 虛函數(shù)的工作方式 

  • 每個(gè)帶虛函數(shù)的類都有一個(gè)虛函數(shù)表(vtable)
  • 每次調(diào)用虛函數(shù)時(shí)都需要:
  • 這些間接操作會帶來性能開銷
  • 查找對象的 vtable 指針
  • 在 vtable 中找到正確的函數(shù)地址
  • 通過函數(shù)指針進(jìn)行調(diào)用

(2) CRTP 的工作方式

  • 在編譯時(shí)就確定了所有函數(shù)調(diào)用
  • 編譯器可以直接內(nèi)聯(lián)函數(shù)調(diào)用
  • 沒有運(yùn)行時(shí)查表開銷
  • 不需要存儲額外的 vtable 指針

簡單來說,虛函數(shù)就像是在跑步時(shí)需要不斷查看路標(biāo)的選手,而 CRTP 就像是把整個(gè)路線圖都記在腦子里的選手。當(dāng)然要跑得更快啦!

小貼士:在現(xiàn)代 CPU 中,間接跳轉(zhuǎn)(比如虛函數(shù)調(diào)用)可能會導(dǎo)致分支預(yù)測失敗,進(jìn)一步影響性能。而 CRTP 的直接調(diào)用則完全避免了這個(gè)問題!

CRTP 的局限性:每個(gè)英雄都有短板

哎呀,說了那么多 CRTP 的優(yōu)點(diǎn),我們也要實(shí)事求是地聊聊它的一些小缺點(diǎn)呢!就像每個(gè)超級英雄都會有自己的弱點(diǎn)一樣,CRTP 也有一些局限性需要我們注意。讓我們一起來看看吧!

1. 編譯時(shí)綁定的限制 

CRTP 最大的局限可能就是它無法像虛函數(shù)那樣靈活地進(jìn)行運(yùn)行時(shí)多態(tài)啦!

// 使用虛函數(shù)時(shí),我們可以這樣愉快地玩耍
Animal* animals[] = {new Dog(), new Cat(), new Bird()};  // ? 完全沒問題!

// 但用 CRTP 時(shí)就不行啦...
template<typename Derived>
Animal<Derived>* animals[] = {
    new Dog(),     // ? 哎呀,類型不匹配啦!
    new Cat(),     // ? 沒法在一個(gè)數(shù)組里放不同的派生類呢
    new Bird()
};

2. 接口變更的煩惱:CRTP的小情緒

哎呀,說到 CRTP 的接口變更,這可真是個(gè)讓人頭疼的問題呢! 就像是給一個(gè)愛發(fā)脾氣的小朋友增加新玩具一樣,要特別小心翼翼~

template<typename Derived>
class Animal {
    // 最開始我們只有一個(gè)簡單的發(fā)聲功能 ??
    void makeSound() {
        static_cast<Derived*>(this)->soundImpl();
    }
};

// 突然有一天,我們想教動物們跳舞... ??
void dance() {  // ? 哇哦!這下可熱鬧了! 
    static_cast<Derived*>(this)->danceImpl();
}

// 再過幾天,又想教它們做體操... ??
void exercise() {  // ? 天吶!又要重新編譯所有代碼! 
    static_cast<Derived*>(this)->exerciseImpl();
}

為什么每次添加新功能都這么麻煩呢? 讓我們來看看原因: 

(1) 模板的特性決定了所有使用這個(gè)基類的代碼都需要看到完整的定義

  • 不像普通類可以只提供聲明
  • 模板必須在頭文件中完整定義

(2) 連鎖反應(yīng)超級可怕! 

  • 修改基類 -> 所有派生類受影響
  • 派生類變化 -> 使用派生類的代碼要重新編譯
  • 最后可能整個(gè)項(xiàng)目都要重新編譯

來看個(gè)具體的例子:

// 原本可愛又簡單的動物世界 ??
template<typename Derived>
class Animal {
    void makeSound() { /* ... */ }
};

class Cat : public Animal<Cat> {
    void soundImpl() { cout << "喵~" << endl; }
};

// 某一天我們想讓動物們會跳舞...
template<typename Derived>
class Animal {
    void makeSound() { /* ... */ }
    void dance() { /* ... */ }  // 新增的跳舞功能 ??
};

// 糟糕!所有的動物類都要改代碼了! ??
class Cat : public Animal<Cat> {
    void soundImpl() { cout << "喵~" << endl; }
    void danceImpl() { /* 貓貓不情愿地跳舞 */ }  // 被迫學(xué)跳舞
};

要避免這個(gè)問題,我們可以:

(1) 提前規(guī)劃好接口

  • 仔細(xì)思考可能需要的所有功能
  • 一次性把接口設(shè)計(jì)完整

(2) 使用組合而不是繼承

template<typename Derived>
class AnimalBehavior {
    void makeSound() { /* ... */ }
};

template<typename Derived>
class AnimalDance {
    void dance() { /* ... */ }
};

// 現(xiàn)在可以按需組合啦! ??
class Cat : 
    public AnimalBehavior<Cat>,
    public AnimalDance<Cat>  // 想跳舞的貓咪才繼承這個(gè)
{ /* ... */ };

記住啦,在使用 CRTP 的時(shí)候要像個(gè)細(xì)心的建筑師:

  • 先把藍(lán)圖設(shè)計(jì)好
  • 考慮未來可能的擴(kuò)展
  • 善用組合來降低耦合度

這樣就能避免后期改動帶來的連鎖反應(yīng)啦! 

?? 小貼士:如果你的項(xiàng)目經(jīng)常需要修改接口,那么傳統(tǒng)的虛函數(shù)可能更適合哦!畢竟靈活性有時(shí)候比性能更重要呢~ 

3. 代碼膨脹問題:CRTP的小煩惱

哎呀,說到 CRTP 的代碼膨脹問題,這就像是一個(gè)會復(fù)制自己的小淘氣! 每當(dāng)我們用 CRTP 創(chuàng)建新的派生類時(shí),編譯器就會像個(gè)勤勞的復(fù)印機(jī)一樣 ,為每個(gè)派生類生成一份獨(dú)立的代碼副本。這樣做雖然能提高運(yùn)行速度,但也可能讓我們的程序變得有點(diǎn)"圓滾滾"的~

來看個(gè)具體的例子:

template<typename Derived>
class Base {
    void commonOperation() {
        // 這段代碼會在每個(gè)派生類中都復(fù)制一份 ??
        for(int i = 0; i < 1000; i++) {
            complexCalculation();  // 假設(shè)這是一段復(fù)雜的計(jì)算 ??
            dataProcessing();      // 還有一些數(shù)據(jù)處理 ??
            resultValidation();    // 以及結(jié)果驗(yàn)證 ?
        }
        // 如果這些代碼很多,每個(gè)派生類都會帶著這么一大包行李! ??
    }
};

// 創(chuàng)建多個(gè)派生類
class Derived1 : public Base<Derived1> { };  // 復(fù)制一份 ??
class Derived2 : public Base<Derived2> { };  // 又復(fù)制一份 ??
class Derived3 : public Base<Derived3> { };  // 再復(fù)制一份 ??
// 程序體積: 蹭蹭蹭↗? 

這種情況就像是:

  • 每個(gè)派生類都帶著相同的行李箱
  • 行李箱里裝的都是一樣的東西
  • 但就是不能共用,每個(gè)人都要背著自己的一份

要緩解這個(gè)問題,我們可以這樣做:

(1) 把共同的大塊代碼放到非模板基類中

class CommonBase {
protected:
    void heavyOperation() {
        // 把占空間的代碼放這里
        // 所有派生類共用這一份! ??
    }
};

template<typename Derived>
class Base : protected CommonBase {
    // 這里只放必要的 CRTP 相關(guān)代碼 ?
};

使用策略模式分離可復(fù)用的代碼

class Strategy {
public:
    void complexOperation() {
        // 把復(fù)雜操作集中在這里管理 ??
    }
};

template<typename Derived>
class Base {
    Strategy strategy;  // 通過組合來復(fù)用代碼 ??
};

記住啦,雖然 CRTP 會讓代碼有點(diǎn)"膨脹",但只要我們合理規(guī)劃、精心設(shè)計(jì),就能讓程序保持苗條身材! 

小貼士:在使用 CRTP 時(shí),要像個(gè)精明的收納師一樣,把代碼合理安排,避免不必要的重復(fù)!整理好了,程序自然就苗條啦~ 

4. 調(diào)試起來有點(diǎn)累:CRTP的小脾氣

哎呀,說到調(diào)試 CRTP 的代碼,這可真是個(gè)讓人又愛又恨的小家伙呢! ?? 它就像個(gè)調(diào)皮的小精靈,有時(shí)候會給我們出些讓人摸不著頭腦的謎題。讓我們來看看這個(gè)有趣的例子:

template<typename Derived>
class Base {
    void operation() {
        // 這里的 static_cast 就像是魔法咒語 ?
        static_cast<Derived*>(this)->impl();
        // 但如果咒語念錯(cuò)了(比如派生類沒實(shí)現(xiàn) impl)...
        // 編譯器就會拋出一大堆讓人頭暈眼花的錯(cuò)誤信息! ????
    }
};

class MyClass : public Base<MyClass> {
    // 糟糕!我們忘記實(shí)現(xiàn) impl 啦! ??
    // void impl() { /* ... */ }
};

當(dāng)出錯(cuò)時(shí),編譯器可能會給出這樣的"天書": 

error: 'class MyClass' has no member named 'impl'
  ... (還有一大堆模板相關(guān)的錯(cuò)誤信息) ...
note: in instantiation of member function 'Base<MyClass>::operation'
  ... (更多讓人眼花繚亂的信息) ... 

這就像是解謎游戲一樣,我們需要在這堆信息中找到真正的問題所在! 

為了讓調(diào)試變得輕松一些,我們可以:

(1) 添加靜態(tài)斷言來提供更友好的錯(cuò)誤信息

template<typename Derived>
class Base {
    void operation() {
        // 先檢查一下派生類是否實(shí)現(xiàn)了必要的方法 ??
        static_assert(has_impl<Derived>::value,
            "哎呀!派生類忘記實(shí)現(xiàn) impl 啦! 快去補(bǔ)充吧~ ??");
        
        static_cast<Derived*>(this)->impl();
    }
};

(2) 使用更清晰的命名約定

template<typename Derived>
class Base {
    void doOperation() {  // 基類方法用 do 前綴
        static_cast<Derived*>(this)->implementOperation();  
        // 派生類方法用 implement 前綴
    }
};

(3) 添加詳細(xì)的注釋說明

template<typename Derived>
class Base {
    // ?? 派生類必須實(shí)現(xiàn)以下方法:
    // - implementOperation(): 處理具體操作
    // - implementValidation(): 驗(yàn)證輸入數(shù)據(jù)
    void operation() {
        static_cast<Derived*>(this)->implementOperation();
    }
};

記住啦,雖然調(diào)試 CRTP 的代碼可能會有點(diǎn)小麻煩,但只要我們:

  • 保持代碼結(jié)構(gòu)清晰
  • 使用好的命名規(guī)范
  • 添加適當(dāng)?shù)臋z查和注釋

就能讓調(diào)試工作變得輕松愉快! 就像是給調(diào)皮的小精靈戴上了一個(gè)可愛的定位器,再也不怕找不到它啦! 

?? 小貼士:在開發(fā) CRTP 代碼時(shí),建議先寫好單元測試 ??,這樣可以更早地發(fā)現(xiàn)潛在問題,省得到時(shí)候debug到頭禿! 

5. 運(yùn)行時(shí)類型檢查不太方便:CRTP的小秘密 

哎呀,說到 CRTP 的類型檢查,這可是個(gè)有趣的話題呢! 它就像是個(gè)害羞的小朋友,不太愿意在運(yùn)行時(shí)展示自己的真實(shí)身份。讓我們來看看這個(gè)可愛的例子:

template<typename Derived>
class Animal {
    // CRTP 小朋友不太喜歡玩這些花樣 ??
    // 沒法像虛函數(shù)那樣用 dynamic_cast 
    // 或 typeid 來檢查類型呢
    void makeSound() {
        static_cast<Derived*>(this)->soundImpl();  // 只能這樣靜靜地轉(zhuǎn)換 ??
    }
};

// 反觀虛函數(shù)就活潑多了! ??
class VirtualAnimal {
    virtual void makeSound() = 0;
    virtual ~VirtualAnimal() {}
};

class Dog : public VirtualAnimal { /* ... */ };

// 虛函數(shù)可以輕松玩轉(zhuǎn)類型檢查 ??
void checkAnimalType(VirtualAnimal* animal) {
    if (dynamic_cast<Dog*>(animal)) {      // ? 哇!輕松識別出是不是小狗呢! ??
        cout << "汪星人來啦! ??" << endl;
    }
    
    if (typeid(*animal) == typeid(Dog)) {  // ? 用 typeid 也可以哦! 
        cout << "又見到汪星人啦! ??" << endl;
    }
}

但是別擔(dān)心! CRTP 雖然不能玩這些花樣,但它有自己的獨(dú)門絕技: 

(1) 編譯時(shí)類型檢查

template<typename Derived>
class Animal {
    void makeSound() {
        // 在編譯時(shí)就能發(fā)現(xiàn)類型問題,超級靠譜! ??
        static_assert(std::is_base_of<Animal<Derived>, Derived>::value,
                     "嘿!你是不是忘記繼承 Animal 啦? ??");
        
        static_cast<Derived*>(this)->soundImpl();
    }
};

(2) 自定義類型檢查方法 

template<typename Derived>
class Animal {
protected:
    // 給每種動物一個(gè)獨(dú)特的標(biāo)識 ???
    enum class AnimalType { Dog, Cat, Bird };
    
    // 讓派生類告訴我們它是什么動物
    virtual AnimalType getType() const = 0;
};

class Dog : public Animal<Dog> {
protected:
    AnimalType getType() const override {
        return AnimalType::Dog;  // 我是汪星人! ??
    }
};

記住啦,CRTP 雖然在運(yùn)行時(shí)類型檢查方面有點(diǎn)害羞,但它用編譯時(shí)的嚴(yán)格檢查和超高性能來彌補(bǔ)這個(gè)小缺點(diǎn)。就像是一個(gè)認(rèn)真負(fù)責(zé)的小學(xué)生,雖然不愛表現(xiàn)自己,但做事特別靠譜! 

?? 小貼士:如果你的程序真的需要頻繁的運(yùn)行時(shí)類型檢查,那么虛函數(shù)可能是更好的選擇哦!每個(gè)工具都有自己的用武之地呢~ 

讓我們繼續(xù)探索 CRTP 的其他有趣特性吧! 前方還有更多精彩等著我們... 

那么,什么時(shí)候用 CRTP 最合適呢?

CRTP 最適合這些場景:

  • 追求極致性能的應(yīng)用
  • 在編譯時(shí)就能確定所有類型關(guān)系的情況
  • 不需要運(yùn)行時(shí)改變對象類型的場景

而虛函數(shù)更適合:

  • 需要運(yùn)行時(shí)多態(tài)的場景
  • 要通過基類指針/引用操作對象的情況
  • 插件式架構(gòu)或需要動態(tài)加載的系統(tǒng)

記住啦,在編程世界里沒有最好的方案,只有最適合的選擇!就像選擇武器一樣,要根據(jù)具體的"戰(zhàn)場"來決定。要權(quán)衡性能、靈活性和維護(hù)性這些因素,選擇最適合你的方案!

注意事項(xiàng)

使用 CRTP 的時(shí)候要注意以下幾點(diǎn):

  • 派生類必須正確繼承基類模板
  • 要小心循環(huán)依賴
  • 模板代碼可能會導(dǎo)致代碼膨脹
  • 編譯錯(cuò)誤信息可能比較難懂

但是只要我們遵循這些規(guī)則,CRTP 就是一個(gè)非常強(qiáng)大的工具,能幫我們寫出既高效又優(yōu)雅的代碼!

責(zé)任編輯:趙寧寧 來源: everystep
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