关于CRTP（奇异递归模板模式）的合法性及类型转换疑问

namespace static_poly {

template<typename T>
class Foo {
 public:
  std::string Name() {
    return static_cast<T*>(this)->GetName();
  }
};

class AA : public Foo<AA> {
 public:
  std::string GetName() { name_ = "AA"; return name_; }
  std::string name_;
};

void Test() {
  Foo<AA> foo_aa;
  foo_aa.Name();  // legal
  foo_aa.name_ = "hello";  // illagel
}

}  // static_poly

疑问解答 #

• 疑问1：我理解foo_aa.name_非法，因为foo_aa是Foo<AA>类对象，而非AA类对象，不具备name_成员
  你的理解完全正确。Foo<AA>是基类，AA是派生类，基类对象本身不包含派生类的成员变量name_，直接访问必然编译报错。

• 疑问2：但我不理解foo_aa.Name()为何合法，因为未定义任何AA类对象，内存中不存在name_变量，Name函数如何访问name_？
  foo_aa.Name()能通过编译，但运行时会触发未定义行为。编译阶段编译器只做语法和类型检查：Foo<AA>::Name里的static_cast<T*>(this)在语法上是允许的（因为AA确实继承自Foo<AA>），编译器不会验证this指向的对象实际是不是AA类型。但运行时，foo_aa只是Foo<AA>对象，没有AA的内存部分，调用GetName()访问name_会触及非法内存，大概率崩溃或出现乱码。

• 疑问3：具体来说，我知道Name函数中进行了static_cast<T*>(this)转换，但不理解该转换为何有效——仅存在一个Foo<AA>基类对象，为何能转换为派生类AA？
  这个转换在编译阶段是合法的，因为编译器知晓AA是Foo<AA>的派生类，static_cast允许这种基类指针到派生类指针的转换。但运行时这个转换是错误的，因为this指向的对象根本不是AA实例，没有派生类的内存布局。CRTP的正确用法里，Foo<T>的对象必须作为T的基类子对象存在，而非单独实例化Foo<T>。

• 疑问4：根据基类到派生类转换的规则，此类转换行为是未定义的，为何CRTP中这样使用是可行的？
  你写的是CRTP的错误用法！CRTP的核心是派生类继承自以自身为模板参数的基类，且只能通过派生类对象来使用基类功能，比如正确用法应该是创建AA对象：

  AA aa;
  aa.Name(); // 完全合法，因为aa是AA实例，this指向的基类子对象属于AA，static_cast<T*>(this)能正确指向完整的AA对象
  

  单独实例化基类Foo<AA>本身就违背了CRTP的设计意图，这种情况下的行为本来就是未定义的，不是CRTP本身不可靠，是用法错了。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者maxentroy