A Journey Into Non-Virtual Polymorphism

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档探讨了C++中的非虚函数多态性，涵盖了多态变量和多态可调用对象。多态变量通过基类指针或标准库类型（如std::any、std::variant、std::tuple）实现，多态可调用对象则利用重载函数、模板、lambda和CRTP模式。文档提供了Shape类继承结构、DigitalPin和AnalogPin的示例，展示了不同类型的多态性实现，并讨论了std::any的动态内存分配与小缓冲区优化。

AI总结

《A Journey Into Non-Virtual Polymorphism》文档总结如下：

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### 1. 多态性的基本概念
- **多态性**（Polymorphism）源自希腊语“many forms”，指通过单一符号代表不同类型，或为不同类型实体提供统一接口。
- 多态性是基于类型的分发机制，但面临变量存储和函数调用效率的挑战。

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### 2. 多态变量
- **基类指针**：通过基类指针调用虚函数， 虽然虚函数效率较高，但仍存在运行时开销。
- **标准库工具**：
- `std::any`：可以存储任何类型，支持动态内存分配（可能使用小缓冲区优化，SBO），但需要用户知晓存储的类型。
- `std::variant`：类型安全的并集，存储类型在编译时已知，无动态内存分配。
- `std::tuple`：存储多个类型为元组，访问时通过位置或类型。
- **示例**：如创建一个包含不同类型对象（如`DigitalPin`、`AnalogPin`、`SerialPort`）的`std::vector`，需要确定统一的多态类型和调用方式。

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### 3. 多态调用
- **重载函数与操作符**：通过重载实现不同类型的操作。
- **模板**：使用`auto`参数或模板参数实现类型推导。
- **柯里化递归模板模式（CRTP）**：通过静态多态性实现高效的类型分发，无运行时开销。
- **示例**：使用CRTP实现`Shape`类，其导出类（如`Rectangle`）通过`draw_impl()`方法提供具体实现。

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### 4. 挑战与解决方案
-ersistent problem: 如何在`std::vector`中存储不同类型的指针并调用相应的方法？
- **非虚多态性**：通过模板和CRTP实现高效的静态分发，避免虚函数的运行时开销。
- **优缺权衡**：
- 虚函数易用但有运行时开销。
- `std::any`灵活但可能导致动态内存分配。
- `std::variant`类型安全，但需要编译时已知所有类型。

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### 5. 总结
- 多态性是C++中的核心特性，但选择实现方式需权衡性能、灵活性和复杂性。
- 非虚多态性（如CRTP）在性能敏感的嵌入式系统中尤为重要。
- 标准库提供了多种工具（如`std::any`、`std::variant`）以满足不同场景需求。

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以上是文档的核心内容概括，重点突出了多态性的基本概念、实现方式及其在实际应用中的挑战与解决方案。