By Z.H. Fu, X.Y. Xu
https://fuzihaofzh.github.io/blog/
## 虚函数效率缺陷
在需要使用多态的场合中，我们采用虚函数来实现。具体来说，一般实现多态是采用如下虚函数的方式：
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| #include <iostream>
using namespace std;
struct Base{
virtual void eval() = 0;
};
struct Derived:public Base{
void eval(){
cout<<"in Derived.";
}
};
int main(){
Derived d;
Base* b = &d;
b->eval();
return 0;
}
|
这是一个最简单的继承的例子，在基类中定义一个纯虚函数，子类实现了这个函数，用基类指针指向子类并调用该函数时，
可调用子类的函数。然而虚函数的实现机制是通过查询虚函数表（vtable），而这个过程需要耗费一定时间，如果是对效率要求较高的程序，则会受到影响。
## CRTP(Curiously Recurring Template Pattern)
为了解决这个问题，我们引入CRTP(Curiously Recurring Template Pattern)的方式静态绑定模板，CRTP能在编译阶段静态决定“虚函数”的调用关系，其示例如下：
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| #include <iostream>
using namespace std;
template<typename Derived>
struct Base{
void eval(){
static_cast<Derived&>(*this).eval();
}
};
struct Child:Base<Child>{
void eval(){
cout<<"eval in Child;"<<endl;
}
};
template<typename T>
void test(Base<T>& t){
t.eval();
}
int main(){
Child c;
test(c);
}
|
我们可以看到，静态绑定最直观的特征就是将子类作为模板类型传给基类，基类在相应的函数里通过static_cast，将this指针转化为子类类型，以此调用子类的相应函数。这种方式在编译阶段已经完成，不涉及运行时查询虚函数表，提高了程序效率。这种方法在Eigen库里得到了大量的使用，Eigen是一个线性代数库，其很多操作的实现采用了惰性求值（[C++实现惰性求值](http://www.fuzihao.org/blog/2016/02/10/C-%E5%AE%9E%E7%8E%B0%E6%83%B0%E6%80%A7%E6%B1%82%E5%80%BC/)）的手段，而惰性求值则要求所有的不同类型结果基于同一个基类，因此继承被大量采用，而Eigen是一个追求效率的库，因此用静态绑定代替了虚函数的使用。
参考文献
[1] https://en.wikibooks.org/wiki/More_C%2B%2B_Idioms/Curiously_Recurring_Template_Pattern
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Curiously_recurring_template_pattern
[3]C++实现惰性求值