CRTP: Kann statischer Versand den dynamischen Polymorphismus in C ersetzen?

CRTP: Eine Alternative zum dynamischen Polymorphismus

Dynamischer Polymorphismus bietet zwar Flexibilität, kann jedoch aufgrund der Verwendung von Virtual oft zu Laufzeitaufwand führen Mitgliedsfunktionen. Glücklicherweise bietet C eine effektive Alternative: Curiously Recurring Template Pattern (CRTP).

CRTP ermöglicht Ihnen einen statischen Versand, ähnlich dem Polymorphismus, jedoch ohne den Overhead virtueller Memberfunktionen. Dies wird durch Typspezialisierung und Vorlagenableitung erreicht.

Methode 1: Statische Schnittstellenspezifikation

Durch die statische Angabe der Schnittstelle für Ihre abgeleiteten Typen können Sie bestimmte Verhaltensweisen erzwingen Kompilierzeit. Betrachten Sie beispielsweise den folgenden Codeausschnitt:

<code class="cpp">template <class Derived>
struct base {
    void foo() {
        static_cast<Derived *>(this)->foo();
    };
};</code>

In diesem Szenario basiert base<> erfordert, dass jeder abgeleitete Typ eine foo()-Mitgliedsfunktion für die Kompilierung definiert. Jeder abgeleitete Typ, wie zum Beispiel my_type und your_type, muss seine eigene foo()-Funktion implementieren, um diese Anforderung zu erfüllen.

Methode 2: Typabzug zur Kompilierungszeit

Alternativ können Sie die Verwendung von Zeigern oder Verweisen auf die Basisklasse vermeiden und die Typverknüpfung zur Kompilierungszeit durchführen. Betrachten Sie die folgende Vorlagenfunktion:

<code class="cpp">template <class T> // T is deduced at compile-time
void bar(base<T> &obj) {
    obj.foo(); // does static dispatch
}</code>

Diese Funktion akzeptiert einen Verweis auf ein Objekt vom Typ base, wobei T aus dem tatsächlichen Objekt abgeleitet wird, das zur Kompilierungszeit übergeben wird. Dies ermöglicht einen statischen Versand basierend auf dem tatsächlich abgeleiteten Typ.

Vorteile von CRTP

• Statischer Versand: Eliminiert den Laufzeitaufwand von dynamischer Polymorphismus.
• Implementiert Schnittstellen zur Kompilierungszeit: Erzwingt die Verhaltenskonsistenz zwischen abgeleiteten Klassen.
• Hervorragend geeignet für binäre Größenoptimierung und Leistung: Entfernt die Bedarf an virtuellen Tabellen und Typinformationen.

Durch die Nutzung von CRTP können Sie statischen Polymorphismus in C erreichen und so die Nachteile des dynamischen Polymorphismus vermeiden und gleichzeitig die Vorteile des objektorientierten Designs bewahren.

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