C++中的RTTI机制详解

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：

复制代码代码如下:

#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？

复制代码代码如下:

#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 C *

     cout<<typeid(c2).name()<<endl; // struct C

 

     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：

复制代码代码如下:

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：

1.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： 

复制代码代码如下:

#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：

复制代码代码如下:

#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。

2.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： 

复制代码代码如下:

#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：

复制代码代码如下:

#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：

复制代码代码如下:

#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。