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不思議な繰り返しテンプレートパターン（CRTP）とは何ですか？

本を参照せずに、コード例を使用してCRTPの適切な説明を提供してください。

c++templatesc++-faqcrtp
166
Alok Save

要するに、CRTPは、クラスAに、クラスA自体のテンプレート特化である基本クラスがある場合です。例えば。

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

それはis不思議なことに繰り返されますよね？ :)

さて、これはあなたに何を与えますか？これは、実際にXテンプレートにその特殊化の基本クラスになる能力を与えます。

たとえば、次のような汎用シングルトンクラス（簡易バージョン）を作成できます。

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;

ここで、任意のクラスAをシングルトンにするために、これを行う必要があります

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

ご覧のように？シングルトンテンプレートは、任意のタイプXの特殊化がsingleton<X>から継承されるため、GetInstance！を含むすべての（パブリック、保護された）メンバーにアクセスできると想定しています。 CRTPには他にも便利な用途があります。たとえば、クラスに現在存在するすべてのインスタンスをカウントしたいが、このロジックを別のテンプレートにカプセル化したい場合（具体的なクラスのアイデアは非常に単純です-静的変数、ctorの増分、dtorの減分があります） ）。練習としてやってみてください！

Boostのもう1つの有用な例（どのように実装しているかはわかりませんが、CRTPも同様です）。クラスには演算子<のみを提供し、クラスには自動的に演算子==を提供したいと想像してください。

次のようにできます：

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 <
}

これで次のように使用できます

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

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

さて、Appleに明示的に演算子==を提供していませんか？しかし、あなたはそれを持っています！あなたは書ける

int main()
{
    Apple a1;
    Apple a2; 

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

これは、Appleに対して演算子==を記述した場合は、書く量が少なくなるように思えるかもしれませんが、Equalityテンプレートは==だけでなく>、>=、<=など。これらの定義を複数クラスに使用して、コードを再利用できます。

CRTPは素晴らしいことです:) HTH

259
Armen Tsirunyan

ここで素晴らしい例を見ることができます。仮想メソッドを使用する場合、プログラムは実行時に実行されるものを認識します。 CRTPの実装は、コンパイル時に決定するコンパイラです!!!これは素晴らしいパフォーマンスです！

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);
    }
};
41
GutiMac

CRTPは、コンパイル時ポリモーフィズムを実装する手法です。これは非常に簡単な例です。以下の例では、ProcessFoo()はBaseクラスインターフェイスで動作し、_Base::Foo_は派生オブジェクトのfoo()メソッドを呼び出します。仮想メソッド。

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;
}
_

出力：

_derived foo
AnotherDerived foo
_
18
blueskin

ちょうど注意：

CRTPを使用して、静的なポリモーフィズムを実装できます（動的なポリモーフィズムに似ていますが、仮想関数ポインタテーブルはありません）。

#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;
}

出力は次のようになります。

Derived1 method
Derived2 method
5
Jichao

これは直接的な答えではなく、[〜＃〜] crtp [〜＃〜]がどのように役立つかの例です。

[〜＃〜] crtp [〜＃〜]の適切な具体例は、C++ 11の_std::enable_shared_from_this_です。

[util.smartptr.enab]/1

クラスTは_enable_­shared_­from_­this<T>_を継承して、_shared_­from_­this_を指す_shared_­ptr_インスタンスを取得する_*this_メンバー関数を継承できます。

つまり、_std::enable_shared_from_this_から継承すると、インスタンスにアクセスせずにインスタンスへの共有（または弱い）ポインターを取得できます（たとえば、_*this_のみを知っているメンバー関数から）。

_std::shared_ptr_を与える必要があるが、_*this_にしかアクセスできない場合に便利です：

_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));
    }
};
_

shared_from_this()の代わりにthisを直接渡すことができないのは、所有権メカニズムが壊れるからです：

_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);
_
4
Mário Feroldi