Kann CRTP virtuelle Funktionen für statischen Polymorphismus in C ersetzen?

Statischer Polymorphismus mit CRTP

In C stellen virtuelle Memberfunktionen einen Mechanismus zum Implementieren von Polymorphismus bereit. Allerdings sind sie aufgrund der dynamischen Bindung mit einem Overhead verbunden. In diesem Artikel wird die Verwendung von Curiously Recurring Template Pattern (CRTP) als Alternative zur Vermeidung dieses Overheads untersucht.

CRTP-Ansatz

Um statischen Polymorphismus mithilfe von CRTP zu implementieren, gibt es zwei Techniken kann eingesetzt werden:

Statische Schnittstellendefinition

Der erste Ansatz besteht darin, die Schnittstelle für die Struktur von Typen statisch zu definieren. Durch die Verwendung von CRTP gibt die Basisklassenvorlage die Schnittstelle an und abgeleitete Klassen müssen die erforderlichen Mitgliedsfunktionen implementieren. Die Basisklasse verwendet eine statische Umwandlung, um die entsprechende Funktion in abgeleiteten Klassen aufzurufen, wodurch virtuelle Funktionen überflüssig werden.

Typabzug zur Kompilierungszeit

Die zweite Technik verzichtet darauf mit Zeiger-zu-Basis- oder Referenz-zu-Basis-Redewendungen und führt die Verknüpfung zur Kompilierzeit durch. Die Basisklassenvorlage ist definiert und Vorlagenfunktionen werden verwendet, um einen statischen Versand basierend auf dem abgeleiteten Typ des Basisklassenparameters durchzuführen.

Vorteile

CRTP mit statischem Polymorphismus bietet mehrere Vorteile:

• Beseitigung des dynamischen Bindungsaufwands
• Verbesserte Leistung, insbesondere in Szenarien mit häufigem Polymorphismus
• Erhöhte Lesbarkeit und Wartung des Codes

Beispiel

Hier ist ein vereinfachtes Beispiel, das den ersten Ansatz mit CRTP demonstriert:

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

struct MyType : Base<MyType> {
  void foo() {
    // Implementation
  }
};</code>

Dieses Beispiel vermeidet die Verwendung virtueller Funktionen und führt einen statischen Versand basierend auf durch der Typ der abgeleiteten Klasse.

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