Co to jest ciekawie powtarzający się wzorzec szablonu (CRTP)?

Czy bez odwoływania się do książki ktoś mógłby podać dobre wyjaśnienie na CRTPprzykładzie kodu?

W skrócie, CRTP ma miejsce, gdy klasa Ama klasę podstawową, która jest specjalizacją szablonu dla Asamej klasy . Na przykład

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

To jest ciekawie powtarzające się, prawda? :)

Co ci to daje? Daje to Xszablonowi możliwość bycia klasą bazową dla jego specjalizacji.

Na przykład, możesz stworzyć ogólną klasę singleton (wersja uproszczona) w ten sposób

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;

Teraz, aby uczynić arbitralną klasę Asinglem, powinieneś to zrobić

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

Więc widzisz? Szablon singletonu zakłada, że ​​jego specjalizacja dla dowolnego typu Xzostanie odziedziczona, singleton<X>a zatem wszystkie jego (publiczne, chronione) elementy będą dostępne, w tym GetInstance! Istnieją inne przydatne zastosowania CRTP. Na przykład, jeśli chcesz policzyć wszystkie instancje, które obecnie istnieją dla twojej klasy, ale chcesz zawrzeć tę logikę w osobnym szablonie (pomysł na konkretną klasę jest dość prosty - mieć zmienną statyczną, przyrost w ctre, spadek w dtr ). Spróbuj to zrobić jako ćwiczenie!

Kolejny przydatny przykład dla Boost (nie jestem pewien, jak go zaimplementowali, ale CRTP też to zrobi). Wyobraź sobie, że chcesz zapewnić tylko operator <dla swoich klas, ale automatycznie ==dla nich!

możesz to zrobić w następujący sposób:

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 <
}

Teraz możesz używać tego w ten sposób

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

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

Teraz nie przewidują explicite operatora ==za Apple? Ale ty to masz! Możesz pisać

int main()
{
    Apple a1;
    Apple a2; 

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

To może wydawać się, że można napisać mniej, jeśli tylko napisali operatora ==za Apple, ale wyobraźmy sobie, że Equalityszablon będzie nie tylko zapewniają ==jednak >, >=, <=itd. I można użyć tych definicji dla wielu klas, ponowne użycie kodu!

CRTP to cudowna rzecz :) HTH

Tutaj możesz zobaczyć świetny przykład. Jeśli użyjesz metody wirtualnej, program będzie wiedział, co wykonać w czasie wykonywania. Implementując CRTP, kompilator decyduje o czasie kompilacji !!! To świetny występ!

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 to technika implementacji polimorfizmu w czasie kompilacji. Oto bardzo prosty przykład. W poniższym przykładzie ProcessFoo()pracuje z Baseinterfejsem klasy i Base::Foowywołuje foo()metodę obiektu pochodnego , do czego dąży się metodami wirtualnymi.

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;
}

Wynik:

derived foo
AnotherDerived foo

To nie jest bezpośrednia odpowiedź, ale raczej przykład przydatności CRTP .

Dobry konkretny przykład CRTP pochodzi std::enable_shared_from_thisz C ++ 11:

[util.smartptr.enab] / 1

Klasa Tmoże dziedziczyć funkcje enable_­shared_­from_­this<T>dziedziczące, shared_­from_­thisktóre uzyskują shared_­ptrinstancję wskazującą *this.

Oznacza to, że dziedziczenie po std::enable_shared_from_thisumożliwia uzyskanie udostępnionego (lub słabego) wskaźnika do instancji bez dostępu do niego (np. Z funkcji członka, o której wiesz tylko *this).

Jest to przydatne, gdy musisz podać, std::shared_ptrale masz dostęp tylko do *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));
    }
};

Powodem, dla którego nie można po prostu przekazać thisbezpośrednio, shared_from_this()jest to, że zepsułoby to mechanizm własności:

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);

Podobnie jak uwaga:

CRTP może być wykorzystany do implementacji statycznego polimorfizmu (który lubi dynamiczny polimorfizm, ale bez tablicy wskaźników funkcji wirtualnej).

#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;
}

Dane wyjściowe będą:

Derived1 method
Derived2 method