C ++中静态多态性背后的动机是什么?

马丁·德罗兹迪克

我了解使用好奇重复模板模式静态多态性的机制我只是不明白这样做有什么好处。

声明的动机是:

为了提高速度,我们牺牲了动态多态性的灵活性

但是,为什么东西打扰这么复杂,如:

template <class Derived>
class Base
{
public:
    void interface()
    {
         // ...
         static_cast<Derived*>(this)->implementation();
         // ...
    }
};

class Derived : Base<Derived>
{
private:
     void implementation();
};

当您可以执行以下操作时:

class Base
{
public: 
    void interface();
}

class Derived : public Base
{
public: 
    void interface();
}

我最好的猜测是,代码中没有语义上的差异,而这只是良好的C ++风格的问题。

赫伯·萨特(Herb Sutter)写道Exceptional C++ style: Chapter 18

最好将虚拟函数设为私有。

当然还要加上详尽的解释,解释为什么这是很好的风格

在本指南的上下文中,第一个示例是good,因为:

void implementation()示例中函数可以假装为虚拟的,因为它是在这里执行类的自定义。因此,它应该是私有的。

第二个例子很糟糕,因为:

我们不应该干预公共接口来执行定制。

我的问题是:

  1. 我对静态多态性缺少什么?都是关于良好的C ++风格吗?
  2. 什么时候应该使用?有哪些指导方针?
比利·奥尼尔(Billy ONeal)

我对静态多态性缺少什么?都是关于良好的C ++风格吗?

静态多态和运行时多态是不同的事物,并且实现不同的目标。它们在技术上都是多态的,因为它们根据事物的类型决定执行哪段代码。运行时多态性将绑定某种东西的类型(以及因此运行的代码)推迟到运行时,而静态多态性在编译时已完全解决。

这在每个方面都有利弊。例如,静态多态性可以在编译时检查假设,或者在不会进行其他编译的选项中进行选择。它还向编译器和优化器提供了大量信息,这些信息可以内联,从而完全了解调用和其他信息的目标。但是静态多态性要求编译器可以在每个翻译单元中检查实现,这可能导致二进制代码大小膨胀(模板是花哨的裤子复制粘贴),并且不允许在运行时进行这些确定。

例如,考虑如下内容std::advance

template<typename Iterator>
void advance(Iterator& it, ptrdiff_t offset)
{
    // If it is a random access iterator:
    // it += offset;
    // If it is a bidirectional iterator:
    // for (; offset < 0; ++offset) --it;
    // for (; offset > 0; --offset) ++it;
    // Otherwise:
    // for (; offset > 0; --offset) ++it;
}

没有办法使用运行时多态性来编译它。您必须在编译时做出决定。(通常,您可以通过标签分发来执行此操作)

template<typename Iterator>
void advance_impl(Iterator& it, ptrdiff_t offset, random_access_iterator_tag)
{
    // Won't compile for bidirectional iterators!
    it += offset;
}

template<typename Iterator>
void advance_impl(Iterator& it, ptrdiff_t offset, bidirectional_iterator_tag)
{
    // Works for random access, but slow
    for (; offset < 0; ++offset) --it; // Won't compile for forward iterators
    for (; offset > 0; --offset) ++it;
}

template<typename Iterator>
void advance_impl(Iterator& it, ptrdiff_t offset, forward_iterator_tag)
{
     // Doesn't allow negative indices! But works for forward iterators...
     for (; offset > 0; --offset) ++it;
}

template<typename Iterator>
void advance(Iterator& it, ptrdiff_t offset)
{
    // Use overloading to select the right one!
    advance_impl(it, offset, typename iterator_traits<Iterator>::iterator_category());
}  

同样,在某些情况下,您实际上在编译时也不知道类型。考虑:

void DoAndLog(std::ostream& out, int parameter)
{
    out << "Logging!";
}

在这里,它对获得DoAndLog的实际ostream实现一无所知-可能无法静态确定将要传入的类型。当然,可以将其转换为模板:

template<typename StreamT>
void DoAndLog(StreamT& out, int parameter)
{
    out << "Logging!";
}

但这迫使DoAndLog在头文件中实现,这可能是不切实际的。它还要求StreamT在编译时可见所有可能的实现,而这可能不是正确的-运行时多态可以跨DLL或SO边界起作用(尽管不建议这样做)。


什么时候应该使用?有哪些指导方针?

这就像有人来找您说:“当我写一个句子时,应该使用复合句子还是简单句子?” 也许画家说:“我应该一直使用红色油漆还是蓝色油漆?” 没有正确的答案,这里没有一套可以盲目的遵循的规则。您必须查看每种方法的利弊,并确定哪种方法可以最好地映射到您的特定问题领域。


至于CRTP,大多数用例是允许基类根据派生类提供某些东西。例如Boost的iterator_facade基类需要具有诸如DerivedClass operator++() { /* Increment and return *this */ }inside之类的东西-根据成员函数签名中的派生指定

它可以用于多态目的,但是我还没有看到太多。

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