C++中的RTTI机制

C++中的RTTI机制

2014年1月21日作者：果冻想
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前言

RTTI是”Runtime Type Information”的缩写，意思是运行时类型信息，它提供了运行时确定对象类型的方法。RTTI并不是什么新的东西，很早就有了这个技术，但是，在实际应用中使用的比较少而已。而我这里就是对RTTI进行总结，今天我没有用到，并不代表这个东西没用。学无止境，先从typeid函数开始讲起。

typeid函数

typeid的主要作用就是让用户知道当前的变量是什么类型的，比如以下代码：

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#include <iostream>#include <typeinfo>using namespace std; int main(){ short s = 2; unsigned ui = 10; int i = 10; char ch = 'a'; wchar_t wch = L'b'; float f = 1.0f; double d = 2; cout<<typeid(s).name()<<endl; // short cout<<typeid(ui).name()<<endl; // unsigned int cout<<typeid(i).name()<<endl; // int cout<<typeid(ch).name()<<endl; // char cout<<typeid(wch).name()<<endl; // wchar_t cout<<typeid(f).name()<<endl; // float cout<<typeid(d).name()<<endl; // double return 0;}

对于C++支持的内建类型，typeid能完全支持，我们通过调用typeid函数，我们就能知道变量的信息。对于我们自定义的结构体，类呢？果冻想 | 一个原创文章分享网站C++

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#include <iostream> #include <typeinfo> using namespace std; class A { public: void Print() { cout<<"This is class A."<<endl; } }; class B : public A { public: void Print() { cout<<"This is class B."<<endl; } }; struct C { void Print() { cout<<"This is struct C."<<endl; } }; int main() { A *pA1 = new A(); A a2; cout<<typeid(pA1).name()<<endl; // class A * cout<<typeid(a2).name()<<endl; // class A B *pB1 = new B(); cout<<typeid(pB1).name()<<endl; // class B * C *pC1 = new C(); C c2; cout<<typeid(pC1).name()<<endl; // struct A * cout<<typeid(c2).name()<<endl; // struct A return 0; }

是的，对于我们自定义的结构体和类，tpyeid都能支持。在上面的代码中，在调用完typeid之后，都会接着调用name()函数，可以看出typeid函数返回的是一个结构体或者类，然后，再调用这个返回的结构体或类的name成员函数；其实，typeid是一个返回类型为type_info类型的函数。那么，我们就有必要对这个type_info类进行总结一下，毕竟它实际上存放着类型信息。

type_info类

去掉那些该死的宏，在Visual Studio 2012中查看type_info类的定义如下：

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class type_info{public: virtual ~type_info(); bool operator==(const type_info& _Rhs) const; // 用于比较两个对象的类型是否相等 bool operator!=(const type_info& _Rhs) const; // 用于比较两个对象的类型是否不相等 bool before(const type_info& _Rhs) const; // 返回对象的类型名字，这个函数用的很多 const char* name(__type_info_node* __ptype_info_node = &__type_info_root_node) const; const char* raw_name() const;private: void *_M_data; char _M_d_name[1]; type_info(const type_info& _Rhs); type_info& operator=(const type_info& _Rhs); static const char * _Name_base(const type_info *,__type_info_node* __ptype_info_node); static void _Type_info_dtor(type_info *);};

在type_info类中，复制构造函数和赋值运算符都是私有的，同时也没有默认的构造函数；所以，我们没有办法创建type_info类的变量，例如type_info A;这样是错误的。那么typeid函数是如何返回一个type_info类的对象的引用的呢？我在这里不进行讨论，思路就是类的友元函数。

typeid函数的使用

typeid使用起来是非常简单的，常用的方式有以下两种：使用type_info类中的name()函数返回对象的类型名称
就像上面的代码中使用的那样；但是，这里有一点需要注意，比如有以下代码：
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#include <iostream> #include <typeinfo> using namespace std; class A { public: void Print() { cout<<"This is class A."<<endl; } }; class B : public A { public: void Print() { cout<<"This is class B."<<endl; } }; int main() { A *pA = new B(); cout<<typeid(pA).name()<<endl; // class A * cout<<typeid(*pA).name()<<endl; // class A return 0; }

我使用了两次typeid，但是两次的参数是不一样的；输出结果也是不一样的；当我指定为pA时，由于pA是一个A类型的指针，所以输出就为class A *；当我指定*pA时，它表示的是pA所指向的对象的类型，所以输出的是class A；所以需要区分typeid(*pA)和typeid(pA)的区别，它们两个不是同一个东西；但是，这里又有问题了，明明pA实际指向的是B，为什么得到的却是class A呢？我们在看下一段代码：

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#include <iostream>#include <typeinfo>using namespace std; class A{public: virtual void Print() { cout<<"This is class A."<<endl; }}; class B : public A{public: void Print() { cout<<"This is class B."<<endl; }}; int main(){ A *pA = new B(); cout<<typeid(pA).name()<<endl; // class A * cout<<typeid(*pA).name()<<endl; // class B return 0;}

好了，我将Print函数变成了虚函数，输出结果就不一样了，这说明什么？这就是RTTI在捣鬼了，当类中不存在虚函数时，typeid是编译时期的事情，也就是静态类型，就如上面的cout<<typeid(*pA).name()<<endl;输出class A一样；当类中存在虚函数时，typeid是运行时期的事情，也就是动态类型，就如上面的cout<<typeid(*pA).name()<<endl;输出class B一样，关于这一点，我们在实际编程中，经常会出错，一定要谨记。
使用type_info类中重载的==和!=比较两个对象的类型是否相等
这个会经常用到，通常用于比较两个带有虚函数的类的对象是否相等，例如以下代码：
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#include <iostream> #include <typeinfo> using namespace std; class A { public: virtual void Print() { cout<<"This is class A."<<endl; } }; class B : public A { public: void Print() { cout<<"This is class B."<<endl; } }; class C : public A { public: void Print() { cout<<"This is class C."<<endl; } }; void Handle(A *a) { if (typeid(*a) == typeid(A)) { cout<<"I am a A truly."<<endl; } else if (typeid(*a) == typeid(B)) { cout<<"I am a B truly."<<endl; } else if (typeid(*a) == typeid(C)) { cout<<"I am a C truly."<<endl; } else { cout<<"I am alone."<<endl; } } int main() { A *pA = new B(); Handle(pA); delete pA; pA = new C(); Handle(pA); return 0; }

这是一种用法，呆会我再总结如何使用dynamic_cast来实现同样的功能。

dynamic_cast的内幕

在这篇《static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast总结》的文章中，也介绍了dynamic_cast的使用，对于dynamic_cast到底是如何实现的，并没有进行说明，而这里就要对于dynamic_cast的内幕一探究竟。首先来看一段代码：

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#include <iostream>#include <typeinfo>using namespace std; class A{public: virtual void Print() { cout<<"This is class A."<<endl; }}; class B{public: virtual void Print() { cout<<"This is class B."<<endl; }}; class C : public A, public B{public: void Print() { cout<<"This is class C."<<endl; }}; int main(){ A *pA = new C; //C *pC = pA; // Wrong C *pC = dynamic_cast<C *>(pA); if (pC != NULL) { pC->Print(); } delete pA;}

在上面代码中，如果我们直接将pA赋值给pC，这样编译器就会提示错误，而当我们加上了dynamic_cast之后，一切就ok了。那么dynamic_cast在后面干了什么呢？dynamic_cast主要用于在多态的时候，它允许在运行时刻进行类型转换，从而使程序能够在一个类层次结构中安全地转换类型，把基类指针（引用）转换为派生类指针（引用）。我在《COM编程——接口的背后》这篇博文中总结的那样，当类中存在虚函数时，编译器就会在类的成员变量中添加一个指向虚函数表的vptr指针，每一个class所关联的type_info object也经由virtual table被指出来，通常这个type_info object放在表格的第一个slot。当我们进行dynamic_cast时，编译器会帮我们进行语法检查。如果指针的静态类型和目标类型相同，那么就什么事情都不做；否则，首先对指针进行调整，使得它指向vftable，并将其和调整之后的指针、调整的偏移量、静态类型以及目标类型传递给内部函数。其中最后一个参数指明转换的是指针还是引用。两者唯一的区别是，如果转换失败，前者返回NULL，后者抛出bad_cast异常。对于在typeid函数的使用中所示例的程序，我使用dynamic_cast进行更改，代码如下：果冻想 | 一个原创文章分享网站C++

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#include <iostream> #include <typeinfo> using namespace std; class A { public: virtual void Print() { cout<<"This is class A."<<endl; } }; class B : public A { public: void Print() { cout<<"This is class B."<<endl; } }; class C : public A { public: void Print() { cout<<"This is class C."<<endl; } }; void Handle(A *a) { if (dynamic_cast<B*>(a)) { cout<<"I am a B truly."<<endl; } else if (dynamic_cast<C*>(a)) { cout<<"I am a C truly."<<endl; } else { cout<<"I am alone."<<endl; } } int main() { A *pA = new B(); Handle(pA); delete pA; pA = new C(); Handle(pA); return 0; }

这个是使用dynamic_cast进行改写的版本。实际项目中，这种方法会使用的更多点。

总结

我在这里总结了RTTI的相关知识，希望大家看懂了。这篇博文有点长，希望大家也耐心的看。总结了就会有收获。
2014年1月21日 于大连，东软。