C++中的RTTI機(jī)制

RTTI是”Runtime Type Information”的縮寫，意思是運(yùn)行時類型信息，它提供了運(yùn)行時確定對象類型的方法。

1. typeid函數(shù)

1 對于c++的內(nèi)置數(shù)據(jù)類型，typeid可以方便的輸出它們的數(shù)據(jù)類型。

#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;
}

2 對于自己創(chuàng)建的類對象，依然可以輸出它們的數(shù)據(jù)類型

#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;
}

3 RTTI 核心

#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;
}

分析：

  1. 我使用了兩次typeid，但是兩次的參數(shù)是不一樣的；輸出結(jié)果也是不一樣的；當(dāng)我指定為pA時，由于pA是一個A類型的指針，所以輸出就為class A * ；
  2. 當(dāng)我指定*pA時，它表示的是pA所指向的對象的類型，所以輸出的是class A；
  3. 所以需要區(qū)分typeid(*pA)和typeid(pA)的區(qū)別，它們兩個不是同一個東西；
但是，這里又有問題了，明明pA實(shí)際指向的是B，為什么得到的卻是class A？
#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;
}

劃重點(diǎn)：
好了，我將Print函數(shù)變成了虛函數(shù)，輸出結(jié)果就不一樣了，這說明什么？

  1. 這就是RTTI在搗鬼了，當(dāng)類中不存在虛函數(shù)時，typeid是編譯時期的事情，也就是靜態(tài)類型，就如上面的cout<<typeid(*pA).name()<<endl;輸出class A一樣；
  2. 當(dāng)類中存在虛函數(shù)時，typeid是運(yùn)行時期的事情，也就是動態(tài)類型，就如上面的cout<<typeid(*pA).name()<<endl;輸出class B一樣，關(guān)于這一點(diǎn)，我們在實(shí)際編程中，經(jīng)常會出錯，一定要謹(jǐn)記。

(這個真的很重要 一定要多看看 一個類里面有virutal 和沒有virtual 對于編譯器來說，做的事完全不同的事情，所有一定要看清楚這個類有沒有virtual)

2. type_info類里面的比較運(yùn)算符

使用type_info類中重載的==和!=比較兩個對象的類型是否相等
這個會經(jīng)常用到，通常用于比較兩個帶有虛函數(shù)的類的對象是否相等，例如以下代碼：

#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;
}

這是一種用法，呆會我再總結(jié)如何使用dynamic_cast來實(shí)現(xiàn)同樣的功能。

3. dynamic_cast機(jī)制

使用dynamic_cast 機(jī)制來實(shí)現(xiàn)上述的代碼（dynamic_cast 是一種很常用的方法）

#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 編譯器會提示錯誤
     C *pC = dynamic_cast<C *>(pA);
     if (pC != NULL)
     {
          pC->Print();
     }
     delete pA;
}

在上面代碼中，如果我們直接將pA賦值給pC，這樣編譯器就會提示錯誤，而當(dāng)我們加上了dynamic_cast之后，一切就ok了。那么dynamic_cast在后面干了什么呢？
dynamic_cast主要用于在多態(tài)的時候，它允許在運(yùn)行時刻進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，從而使程序能夠在一個類層次結(jié)構(gòu)中安全地轉(zhuǎn)換類型，把基類指針（引用）轉(zhuǎn)換為派生類指針（引用）。

當(dāng)類中存在虛函數(shù)時，編譯器就會在類的成員變量中添加一個指向虛函數(shù)表的vptr指針，每一個class所關(guān)聯(lián)的type_info object也經(jīng)由virtual table被指出來，通常這個type_info object放在表格的第一個slot。當(dāng)我們進(jìn)行dynamic_cast時，編譯器會幫我們進(jìn)行語法檢查。如果指針的靜態(tài)類型和目標(biāo)類型相同，那么就什么事情都不做；否則，首先對指針進(jìn)行調(diào)整，使得它指向vftable，并將其和調(diào)整之后的指針、調(diào)整的偏移量、靜態(tài)類型以及目標(biāo)類型傳遞給內(nèi)部函數(shù)。其中最后一個參數(shù)指明轉(zhuǎn)換的是指針還是引用。兩者唯一的區(qū)別是，如果轉(zhuǎn)換失敗，前者返回NULL，后者拋出bad_cast異常。對于在typeid函數(shù)的使用中所示例的程序，我使用dynamic_cast進(jìn)行更改，代碼如下：

#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;
}

這個是使用dynamic_cast進(jìn)行改寫的版本。實(shí)際項(xiàng)目中，這種方法會使用的更多點(diǎn)。

RTTI 實(shí)現(xiàn)底層實(shí)現(xiàn)的原理：

簡單的講，是在一個類的虛函數(shù)表里面添加了一個新的條目。

這一部分在《深度搜索c++對象模型》里面的3，4，7章有詳細(xì)的分析。

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