使用编译时多态性

编译时多态性通过模板实现，与宏类似，模板在编译前展开，消除了运行时开销并允许编译器进行更深度的优化。虽然模板能生成高效的机器码，但会增加代码复杂性和可执行文件体积。

1. 奇异递归模板模式（CRTP）  
CRTP通过模板参数传递派生类类型，实现编译时多态。以下示例将运行时多态（虚函数）转换为编译时多态：

运行时多态（虚函数）：  

class RuntimeExample {  
public:  
    virtual void placeOrder() {  
        printf("RuntimeExample::placeOrder()\n");  
    }  
};  
  
class SpecificRuntimeExample : public RuntimeExample {  
public:  
    void placeOrder() override {  
        printf("SpecificRuntimeExample::placeOrder()\n");  
    }  
};

 
编译时多态（CRTP）：  

template <typename ActualType>  
class CRTPExample {  
public:  
    void placeOrder() {  
        static_cast<ActualType*>(this)->actualPlaceOrder();  
    }  
    void actualPlaceOrder() {  
        printf("CRTPExample::actualPlaceOrder()\n");  
    }  
};  
  
class SpecificCRTPExample : public CRTPExample<SpecificCRTPExample> {  
public:  
    void actualPlaceOrder() {  
        printf("SpecificCRTPExample::actualPlaceOrder()\n");  
    }  
};

输出对比：  

SpecificRuntimeExample::placeOrder()  // 运行时多态  
SpecificCRTPExample::actualPlaceOrder()  // 编译时多态

2. 模板元编程（TMP）的扩展应用  
模板元编程允许在编译时生成代码，将计算从运行时转移到编译时，提升性能。例如：  
• 编译时算法选择：根据模板参数选择不同算法（如小数据用简单排序，大数据用优化排序）。

• 类型计算与优化：通过 std::enable_if 和 SFINAE 实现类型特化，避免运行时类型检查。

3. 性能与权衡  
• 优势：

• 零运行时开销：模板展开后直接内联代码，无虚表查找或分支预测失败。

• 编译时优化：编译器可针对具体类型进行常量传播、循环展开等优化。

• 缺点：

• 代码膨胀：每个模板实例化生成独立代码（如 add<int> 和 add<double> 生成不同函数）。

• 编译复杂度：模板递归和元编程可能显著增加编译时间和错误信息复杂度。

4. 适用场景  
• 高频交易系统：需消除虚函数调用开销的订单处理逻辑。

• 数学计算库：通过模板特化优化数值运算（如SIMD指令自动向量化）。

• 嵌入式系统：资源受限环境下需最小化运行时开销的场景。

总结  
编译时多态通过CRTP和模板元编程，在性能敏感场景中提供零运行时开销的解决方案，但需权衡代码可维护性与编译效率。其核心价值在于将动态行为静态化，使编译器能够最大化优化潜力。