[置顶] C++中RTTI机制剖析

C++中要想在运行时获取类型信息，可没有Java中那么方便，Java中任何一个类都可以通过反射机制来获取类的基本信息(接口、父类、方法、属性、Annotation等)，而且Java中还提供了一个关键字，可以在运行时判断一个类是不是另一个类的子类或者是该类的对象，但C++却没有这么多功能，C++中获得类信息只能通过RTTI机制，而且功能还是很有限的，因为C++中最终生成的代码是直接与机器相关的，而Java中会生成字节码文件，再由JVM加载运行,字节码文件中可以含有类的信息。

C++中RTTI的简单源程序示例：

class A{
private:
int a;
};
class B{
public:
//加一个虚函数
virtual void f(){}
};
class C:public B
{
public :
void f(){};
};
class D:public A
{
public:
void f(){}
};
int main()
{
int a=2;
//打印出int
cout<<typeid(a).name()<<endl;
A objA;
//打印出class A
cout<<typeid(objA).name()<<endl;
B objB;
//打印出class B
cout<<typeid(objB).name()<<endl;
C objC;
//打印出class C
cout<<typeid(objC).name()<<endl;
/*
//以下是多态在VC 6.0编译器不支持，但是在GCC以及微软更高版本的编译器却都是
//支持的，且是在运行时候来确定类型的，而不是在编译器,会打印出class c
B *ptr=new C();
cout<<typeid(*ptr).name()<<endl;
*/
A *ptr=new D();
//打印出class A而不是class D
cout<<typeid(*ptr).name()<<endl;
return 0;
}

要想理解上述代码：我们需要明白以下几个事实

1：typeid是一个关键字

2：typeid的结果有时候在编译期确定有时间会在执行期确定

3：typeid运行时，会将判断的结果存储在一个consttypeinfo&对象中

4：不同的编译器对typeid运算的结果差异很大，例如在VC 6.0与G++编译器中，G++编译器支持运行时动态确定类型，而VC 6.0则不支持。

1：typeid是一个关键字，可以在任意一本C++入门书中看到，typeid是一个关键字，像Sizeof一样，要是函数的话，函数传参你有见过这样的吗typeid(int),直接传int,而不是传一个整型值的，我是没见过:)

2：看看上述的程序，你会发现上述程序中除了多态的那一部份(在VC 6.0中是无法编译通过的)，其他的均是在编译期运行，多态的会在执行期去运行，为了更具说服务力，看看下面的代码，是上面程序的部分汇编代码：

30:       //打印出int
31:       const type_info &t=typeid(a);//从下面的汇编代码中可以看出类型在编译期就已经确定了
004011C4   mov         dword ptr [ebp-14h],offset int `RTTI Type Descriptor' (00441e08)
32:       cout<<t.name()<<endl;
004011CB   push        offset @ILT+35(std::endl) (00401028)
004011D0   mov         ecx,dword ptr [ebp-14h]

从上面的程序，可以看出对于不是多态类型的，直接在编译器就解决了类型的确定，这样有利于减少程序的运行时间

对于多态类型（看看上面程序中注释掉部分代码在VS 2010中的反汇编代码）：

cout<<typeid(*ptr1).name()<<endl;
00A451B4  mov         esi,esp
00A451B6  mov         eax,dword ptr ds:[00A5132Ch]
00A451BB  push        eax
00A451BC  mov         edi,esp
00A451BE  push        0A5027Ch
00A451C3  mov         ecx,dword ptr [ptr1]
00A451C6  push        ecx
;可以看出的是在这里调用了__RTtypeid函数，运行的时候来确定指针所指对象的真实类型
00A451C7  call        ___RTtypeid (0A414BAh)
00A451CC  add         esp,4
cout<<typeid(*ptr1).name()<<endl;

从上面的汇编代码中可以看出的是对于类中有虚函数(多态)会在运行时决定类的类型

看看RTtypeid的实现吧

template<typename T>
const TypeDescriptor *__RTtypeid(const T *ptr)
{
if (!ptr) throw new std::bad_typeid("Attempted a typeid of NULL pointer!");
//获取指针把指对象的描述符，这里说明了一个问题，是对于多态类，里面会有一个指针指向这个描述符
const _s_RTTICompleteObjectLocator *pCompleteLocator=GetCompleteObjectLocator(ptr);
//获取其描述信息
TypeDescriptor *pTypeDescriptor=pCompleteLocator->pTypeDescriptor;
//如果未获取到，或者指针为空时，执行下面的逻辑
if (!pTypeDescriptor) {
throw std::__non_rtti_object("Bad read pointer - no RTTI data!");
}
return pTypeDescriptor;
}

这里的实现还是挺简单的，不是嘛:),其真实的实现原理是，每一个函数数类均有一个虚函数表， 编译器会将类的vftable（包括它自己的和从基类继承的）的第一个函数指针前面插入一个指向_s_RTTICompleteObjectLocator结构的指针(描述类信息的指针)，这个结构中会存放该类的TypeDescriptor（上面的GetCompleteObjectLocator函数就是用来从vftable获得s_RTTICompleteObjectLocator结构的),因此，即使你将派生类的指针赋给基类的指针，你仍然可以利用上面的算法得到派生类的类型.

typeid关键字将类型信息存放在一个const type_info类中，看看这个类的具体源代码吧

class type_info {
public:
//析构函数
_CRTIMP virtual ~type_info();
//重载的==操作符
_CRTIMP int operator==(const type_info& rhs) const;
//重载的!=操作符
_CRTIMP int operator!=(const type_info& rhs) const;
_CRTIMP int before(const type_info& rhs) const;//用于type_info对象之间的排序算法
//返回类的名字
_CRTIMP const char* name() const;
_CRTIMP const char* raw_name() const;//返回类名称的编码字符串
private:
//各种存储数据成员
void *_m_data;
char _m_d_name[1];
//将拷贝构造函数与赋值构造函数设为了私有
type_info(const type_info& rhs);
type_info& operator=(const type_info& rhs);
};