Дивно рекурсивний шаблон

Дивно рекурсивний шаблон (англ. curiously recurring template pattern (CRTP)) — це підхід в мові програмування , в якому клас X є похідним від класу, інстанційованого із використанням самого X як шаблонного аргументу. Ім'я цього підходу було винайдене Джимом Копліном,, який розглянув його в одному з найперших шаблонних кодів на C++.

Загальна форма

template <typename T> struct base {  // ... }; struct derived : base<derived> {  // ... }; 

Цей підхід можна використати для реалізації статичного поліморфізму, а також в деяких інших техніках метапрограмування як описано Андрієм Александреску в його книзі — .

Статичний поліморфізм

#include <iostream> using namespace std; template<typename Derived> struct Base {  void foo()  {  static_cast<Derived*>(this)->foo();  } }; struct A : Base<A> {  void foo()  {  cout << "A::foo();" << endl;  } }; struct B : Base<B> {  void foo()  {  cout << "B::foo();" << endl;  } }; template<typename T> void bar(Base<T>& base) {  base.foo(); } int main() {  A a;  B b;  bar(a);  bar(b);   return 0; } 

Цей підхід дає ефект подібний до використання віртуальних функцій, без ціни (і деякої гнучкості) динамічного поліморфізму. Це використання CRTP дехто називає «симулюванням динамічного зв'язування». Цей підхід широко використовується в Windows бібліотеках ATL і .

Лічильник об'єктів

Головна ціль лічильника об'єктів — отримання статистики створення й руйнування об'єктів даного класу. Це можна легко реалізувати із використанням CRTP:

template <typename T> struct counter {  static int objects_created;  static int objects_alive;  counter()  {  ++objects_created;  ++objects_alive;  } protected:  ~counter()  {  --objects_alive;  } }; template <typename T> int counter<T>::objects_created( 0 ); template <typename T> int counter<T>::objects_alive( 0 ); class X : counter<X> {  // ... }; class Y : counter<Y> {  // ... }; 

Ланцюг методів

Для спрощення багаторазового виклику методів одного об'єкта в об'єктно-орієнтованих мовах програмування існує популярний прийом, відомий як англ. method chaining (ланцюг методів). Кожен з цих методів повертає об'єкт, дозволяючи тим самим виклик методів послідовно в одному виразі, без створення додаткових змінних для збереження тимчасових чи проміжних результатів.

Однак у випадках, коли цей прийом застосувати до об'єктів, що мають ієрархію, виникає ускладнення. Припустимо ми маємо наступний базовий клас:

class Printer { public:  Printer(ostream& pstream) : m_stream(pstream) {}    template <typename T>  Printer& print(T&& t) { m_stream << t; return *this; }    template <typename T>  Printer& println(T&& t) { m_stream << t << endl; return *this; } private:  ostream& m_stream; }; 

Його методи можуть бути легко викликані по ланцюгу:

Printer{myStream}.println("hello").println(500); 

Однак, коли ми задекларуємо похідний клас:

class CoutPrinter : public Printer { public:  CoutPrinter() : Printer(cout) {}    CoutPrinter& SetConsoleColor(Color c) { ... return *this; } }; 

то «втратимо» інформацію про клас, при спробі викликати метод базового класу:

CoutPrinter().print("Hello ").SetConsoleColor(Color.red).println("Printer!");  // помилка компіляції, бо ми тут маємо об'єкт 'Printer', а не 'CoutPrinter' 

Це трапилось тому, що 'print' є функцією базового класу — 'Printer', вона повертає екземпляр класу 'Printer'.

Дивно рекурсивний шаблон може бути використаний щоб запобігти вказаній проблемі і реалізувати «Поліморфний ланцюг»:

// Базовий клас template <typename ConcretePrinter> class Printer { public:  Printer(ostream& pstream) : m_stream(pstream) {}    template <typename T>  ConcretePrinter& print(T&& t)  {  m_stream << t;  return static_cast<ConcretePrinter&>(*this);  }    template <typename T>  ConcretePrinter& println(T&& t)  {  m_stream << t << endl;  return static_cast<ConcretePrinter&>(*this);  } private:  ostream& m_stream; };   // Похідний клас class CoutPrinter : public Printer<CoutPrinter> { public:  CoutPrinter() : Printer(cout) {}    CoutPrinter& SetConsoleColor(Color c) { ... return *this; } };   // використання  CoutPrinter().print("Hello ").SetConsoleColor(Color.red).println("Printer!"); 

Домішки

Дивно рекурсивний шаблон також може бути використаний для реалізації домішок. Поширеним прикладом є клас std::enable_shared_from_this, породжені класи від якого здатні повертати std::shared_ptr на свої екземпляри.

Тобто, якщо клас MySharedClass породжений від public std::enable_shared_from_this то він матиме метод shared_from_this, який повертатиме std::shared_ptr на екземпляр.

Примітки

1. Coplien, James O. (1995, February). Curiously Recurring Template Patterns. C++ Report: 24—27.
2. (2001). : Generic Programming and Design Patterns Applied. Addison-Wesley. ISBN .
3. Simulated Dynamic Binding. 7 травня 2003. Архів оригіналу за 20 липня 2013. Процитовано 13 січня 2012.
4. Arena, Marco. . Архів оригіналу за 27 лютого 2018. Процитовано 15-03-2017.
5. Rainer Grimm (13 лютого 2017). . Архів оригіналу за 18 грудня 2019. Процитовано 2 січня 2020.

Див. також