Який цікаво повторюваний шаблон шаблону (CRTP)?

Не звертаючись до книги, чи може хто-небудь, будь ласка, надати хороше пояснення для CRTPприкладу коду?

Коротше кажучи, CRTP - це коли клас Aмає базовий клас, який є спеціалізацією шаблонів для самого класу A. Напр

template <class T> 
class X{...};
class A : public X<A> {...};

Це буде цікаво повторюється, чи не так? :)

Тепер, що це дає тобі? Це фактично дає Xшаблону можливість бути базовим класом для його спеціалізацій.

Наприклад, ви можете зробити загальний однокласний клас (спрощена версія) на зразок цього

template <class ActualClass> 
class Singleton
{
   public:
     static ActualClass& GetInstance()
     {
       if(p == nullptr)
         p = new ActualClass;
       return *p; 
     }

   protected:
     static ActualClass* p;
   private:
     Singleton(){}
     Singleton(Singleton const &);
     Singleton& operator = (Singleton const &); 
};
template <class T>
T* Singleton<T>::p = nullptr;

Тепер, щоб зробити довільний клас Aодинарним, вам слід це зробити

class A: public Singleton<A>
{
   //Rest of functionality for class A
};

Отже, бачите? Шаблон одиночного шаблону передбачає, що його спеціалізація для будь-якого типу Xбуде успадкована від цього singleton<X>і, таким чином, матиме доступ до всіх своїх (публічних, захищених) членів, включаючи GetInstance! Є й інші корисні варіанти використання CRTP. Наприклад, якщо ви хочете порахувати всі екземпляри, які наразі існують для вашого класу, але хочете інкапсулювати цю логіку в окремий шаблон (ідея для конкретного класу досить проста - мати статичну змінну, приріст в ctors, декремент у dtors ). Спробуйте робити це як вправу!

Ще один корисний приклад для Boost (я не впевнений, як вони його реалізували, але CRTP теж зробить це). Уявіть, що ви хочете надати лише оператора <для своїх класів, але автоматично ==для них оператора !

Ви можете зробити це так:

template<class Derived>
class Equality
{
};

template <class Derived>
bool operator == (Equality<Derived> const& op1, Equality<Derived> const & op2)
{
    Derived const& d1 = static_cast<Derived const&>(op1);//you assume this works     
    //because you know that the dynamic type will actually be your template parameter.
    //wonderful, isn't it?
    Derived const& d2 = static_cast<Derived const&>(op2); 
    return !(d1 < d2) && !(d2 < d1);//assuming derived has operator <
}

Тепер ви можете використовувати його так

struct Apple:public Equality<Apple> 
{
    int size;
};

bool operator < (Apple const & a1, Apple const& a2)
{
    return a1.size < a2.size;
}

Тепер, ви не надали в явному вигляді оператора ==для Apple? Але у вас є! Можна писати

int main()
{
    Apple a1;
    Apple a2; 

    a1.size = 10;
    a2.size = 10;
    if(a1 == a2) //the compiler won't complain! 
    {
    }
}

Це може здатися , що ви написали б менше , якщо ви просто написали оператор ==для Apple, але уявіть собі , що Equalityшаблон буде забезпечувати не тільки , ==але >, >=, і <=т.д. І ви можете використовувати ці визначення для декількох класів, повторним використанням коду!

CRTP - чудова річ :) HTH

Тут ви можете побачити чудовий приклад. Якщо ви використовуєте віртуальний метод, програма буде знати, що виконується під час виконання. Реалізація CRTP - це компілятор, який вирішується в час компіляції !!! Це чудова вистава!

template <class T>
class Writer
{
  public:
    Writer()  { }
    ~Writer()  { }

    void write(const char* str) const
    {
      static_cast<const T*>(this)->writeImpl(str); //here the magic is!!!
    }
};


class FileWriter : public Writer<FileWriter>
{
  public:
    FileWriter(FILE* aFile) { mFile = aFile; }
    ~FileWriter() { fclose(mFile); }

    //here comes the implementation of the write method on the subclass
    void writeImpl(const char* str) const
    {
       fprintf(mFile, "%s\n", str);
    }

  private:
    FILE* mFile;
};


class ConsoleWriter : public Writer<ConsoleWriter>
{
  public:
    ConsoleWriter() { }
    ~ConsoleWriter() { }

    void writeImpl(const char* str) const
    {
      printf("%s\n", str);
    }
};

CRTP - це техніка для здійснення поліморфізму в компільований час. Ось дуже простий приклад. У наведеному нижче прикладі, ProcessFoo()робота з Baseінтерфейсом класу та Base::Fooвикликає foo()метод похідного об'єкта , який ви прагнете зробити з віртуальними методами.

http://coliru.stacked-crooked.com/a/2d27f1e09d567d0e

template <typename T>
struct Base {
  void foo() {
    (static_cast<T*>(this))->foo();
  }
};

struct Derived : public Base<Derived> {
  void foo() {
    cout << "derived foo" << endl;
  }
};

struct AnotherDerived : public Base<AnotherDerived> {
  void foo() {
    cout << "AnotherDerived foo" << endl;
  }
};

template<typename T>
void ProcessFoo(Base<T>* b) {
  b->foo();
}


int main()
{
    Derived d1;
    AnotherDerived d2;
    ProcessFoo(&d1);
    ProcessFoo(&d2);
    return 0;
}

Вихід:

derived foo
AnotherDerived foo

Це не пряма відповідь, а скоріше приклад того, як CRTP може бути корисним.

Хороший конкретний приклад CRTP - std::enable_shared_from_thisз C ++ 11:

[util.smartptr.enab] / 1

Клас Tможе успадкувати від, enable_­shared_­from_­this<T>щоб успадкувати функції- shared_­from_­thisчлени, які отримують shared_­ptrекземпляр, що вказує на *this.

Тобто, успадкування від std::enable_shared_from_thisдає змогу отримати спільний (або слабкий) покажчик на ваш примірник без доступу до нього (наприклад, від функції-члена, про яку ви тільки знаєте *this).

Це корисно, коли вам потрібно дати, std::shared_ptrале ви маєте доступ лише до *this:

struct Node;

void process_node(const std::shared_ptr<Node> &);

struct Node : std::enable_shared_from_this<Node> // CRTP
{
    std::weak_ptr<Node> parent;
    std::vector<std::shared_ptr<Node>> children;

    void add_child(std::shared_ptr<Node> child)
    {
        process_node(shared_from_this()); // Shouldn't pass `this` directly.
        child->parent = weak_from_this(); // Ditto.
        children.push_back(std::move(child));
    }
};

Причина, яку ви не можете просто передати thisбезпосередньо замість цього, shared_from_this()полягає в тому, що це порушить механізм власності:

struct S
{
    std::shared_ptr<S> get_shared() const { return std::shared_ptr<S>(this); }
};

// Both shared_ptr think they're the only owner of S.
// This invokes UB (double-free).
std::shared_ptr<S> s1 = std::make_shared<S>();
std::shared_ptr<S> s2 = s1->get_shared();
assert(s2.use_count() == 1);

Так само, як і примітка:

CRTP може бути використаний для реалізації статичного поліморфізму (який подобається динамічному поліморфізму, але без таблиці віртуальних функцій).

#pragma once
#include <iostream>
template <typename T>
class Base
{
    public:
        void method() {
            static_cast<T*>(this)->method();
        }
};

class Derived1 : public Base<Derived1>
{
    public:
        void method() {
            std::cout << "Derived1 method" << std::endl;
        }
};


class Derived2 : public Base<Derived2>
{
    public:
        void method() {
            std::cout << "Derived2 method" << std::endl;
        }
};


#include "crtp.h"
int main()
{
    Derived1 d1;
    Derived2 d2;
    d1.method();
    d2.method();
    return 0;
}

Вихід буде:

Derived1 method
Derived2 method