为何在CRTP基类函数调用中添加引用可消除编译错误？

嘿，这个CRTP里的引用坑我之前踩过！咱们先把问题拆明白，再给你捋清楚为啥会出现这种“同类型成员有的报错有的不报错”的诡异情况。

先还原你的问题场景 #

我猜你大概是这么写的（两种写法对比）：

写法1（无报错，返回值非引用）

template <typename Derived>
class MatrixBase {
public:
    // 返回T而非T&，编译能过
    T get(int i, int j) const {
        return static_cast<const Derived*>(this)->data[i][j];
    }
};

template <typename T, int Rows, int Cols>
class Matrix : public MatrixBase<Matrix<T, Rows, Cols>> {
    friend class MatrixBase<Matrix<T, Rows, Cols>>;
    T data[Rows][Cols];
};

写法2（报错，返回值为引用）

template <typename Derived>
class MatrixBase {
public:
    // 返回T&，编译直接报错
    T& get(int i, int j) {
        return static_cast<Derived*>(this)->data[i][j];
    }
};

// Matrix类和上面一样

为啥会这样？核心原因：CRTP基类里的派生类是「不完全类型」 #

当编译器处理MatrixBase<Matrix<T,Rows,Cols>>的时候，Matrix<T,Rows,Cols>这个派生类还没被完全定义呢——它的类体还在基类之后才会被解析。这时候，基类里直接用T是有问题的：

• 对于非引用的返回值：编译器会触发「模板延迟实例化」，也就是不会在解析基类模板的时候就去查T的定义，而是等到你实际调用get()函数的时候，Matrix已经是完全类型了，这时候就能找到T，所以碰巧能编译通过。但这其实是编译器的宽松处理，严格来说不符合C++标准。
• 对于引用类型的返回值：很多编译器会在解析基类模板的时候就尝试解析T&的类型，而此时Matrix还是不完全类型，编译器不知道T是什么，自然就报错了。

怎么解决？两种靠谱的方案 #

方案1：让基类通过派生类的类型别名获取T（CRTP惯用手法）

在派生类里定义一个公开的类型别名，基类用typename Derived::value_type来指代T（必须加typename，因为这是依赖于模板参数的类型）：

template <typename Derived>
class MatrixBase {
public:
    // 用typename声明这是依赖类型
    using ValueType = typename Derived::value_type;

    // 现在返回ValueType&就没问题了
    ValueType& get(int i, int j) {
        return static_cast<Derived*>(this)->data[i][j];
    }

    const ValueType& get(int i, int j) const {
        return static_cast<const Derived*>(this)->data[i][j];
    }
};

template <typename T, int Rows, int Cols>
class Matrix : public MatrixBase<Matrix<T, Rows, Cols>> {
public:
    // 定义类型别名，给基类用
    using value_type = T;
    friend class MatrixBase<Matrix<T, Rows, Cols>>;
private:
    T data[Rows][Cols];
};

方案2：给基类模板额外传递T参数

如果觉得类型别名太麻烦，直接把T作为基类的第二个模板参数，这样基类不需要依赖派生类的不完全类型：

// 基类多一个T模板参数
template <typename Derived, typename T>
class MatrixBase {
public:
    T& get(int i, int j) {
        return static_cast<Derived*>(this)->data[i][j];
    }

    const T& get(int i, int j) const {
        return static_cast<const Derived*>(this)->data[i][j];
    }
};

template <typename T, int Rows, int Cols>
class Matrix : public MatrixBase<Matrix<T, Rows, Cols>, T> {
    friend class MatrixBase<Matrix<T, Rows, Cols>, T>;
private:
    T data[Rows][Cols];
};

最后补一句 #

那些没把T设为引用的成员没报错，纯粹是编译器的“网开一面”，本质上这种写法是不严谨的。上面两种方案都是符合C++标准的，随便选哪种都能解决你的问题~

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Steffan