CRTP 没有编译时检查吗？

Question

我试图使用 Curiously Recurring Template Pattern 实现静态多态性，但我注意到 static_cast<> 通常在编译时检查一个类型是否真的可以转换为另一个类型，但它漏掉了一个错字在基类声明中，允许代码将基类向下转换为它的同级之一：

#include <iostream>

using namespace std;

template< typename T >
struct CRTP
{
    void do_it( )
    {
        static_cast< T& >( *this ).execute( );
    }
};

struct A : CRTP< A >
{
    void execute( )
    {
        cout << "A" << endl;
    }
};

struct B : CRTP< B >
{
    void execute( )
    {
        cout << "B" << endl;

    }
};

struct C : CRTP< A > // it should be CRTP< C >, but typo mistake
{
    void execute( )
    {
        cout << "C" << endl;
    }
};

int main( )
{
    A a;
    a.do_it( );
    B b;
    b.do_it( );
    C c;
    c.do_it( );
    return 0;
}

程序的输出是：

A
B
A

为什么演员表工作没有错误？如何进行编译时检查以帮助解决此类错误？

Answer 1

在 CRTP 中解决这个问题的通常方法是让基类有一个私有构造函数，并在模板中声明类型为友元：

template< typename T >
struct CRTP
{
    void do_it( )
    {
        static_cast< T& >( *this ).execute( );
    }
    friend T;
private:
    CRTP() {};
};

在你的例子中，当你不小心让C从CRTP<A>继承时，由于C不是CRTP<A>的朋友，它不能调用它的构造函数，并且由于C必须构造所有它的基础来构建自己，你永远不能构建一个C。唯一的缺点是这并不能阻止编译本身。要获得编译器错误，您要么必须尝试实际构造C，要么为其编写用户定义的构造函数。在实践中，这仍然足够好，这样您就不必像其他解决方案所建议的那样在每个派生中添加保护性代码（恕我直言，这违背了整个目的）。

实时示例：http://coliru.stacked-crooked.com/a/38f50494a12dbb54。

注意：根据我的经验，CRTP 的构造函数必须是“用户声明的”，这意味着您不能使用=default。否则在这种情况下，您可以获得聚合初始化，这将不尊重private。同样，如果您试图保留 trivially_constructible 特征（这不是一个非常重要的特征），这可能是一个问题，但通常它应该无关紧要。

Answer 2

Q1为什么演员可以正常工作？

当没有任何明智的事情适用时......

来自https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n3337/expr.static.cast#2：

否则，强制转换的结果是未定义的。

---

Q2如何进行编译时检查以帮助解决此类错误？

我找不到可以在CRTP 中使用的方法。我能想到的最好的办法是在派生类中添加static_assert。

例如，如果您将C 更改为：

struct C : CRTP< A > // it should be CRTP< C >, but typo mistake
{
   static_assert(std::is_base_of<CRTP<C>, C>::value, "");
   void execute( )
   {
      cout << "C" << endl;
   }
};

你会在编译时看到错误。

你可以把它简化为

struct C : CRTP< A > // it should be CRTP< C >, but typo mistake
{
   using ThisType = C;
   static_assert(std::is_base_of<CRTP<ThisType>, ThisType>::value, "");
   void execute( )
   {
      cout << "C" << endl;
   }
};

需要在每个派生类型中添加类似的代码。它并不优雅，但它会起作用。

PS我不建议使用建议的解决方案。我认为考虑偶尔出现的人为错误的开销太大。