C++中的RTTI機(jī)制詳解
前言
RTTI是”Runtime Type Information”的縮寫(xiě)，意思是運(yùn)行時(shí)類(lèi)型信息，它提供了運(yùn)行時(shí)確定對(duì)象類(lèi)型的方法。RTTI并不是什么新的東西，很早就有了這個(gè)技術(shù)，但是，在實(shí)際應(yīng)用中使用的比較少而已。而我這里就是對(duì)RTTI進(jìn)行總結(jié)，今天我沒(méi)有用到，并不代表這個(gè)東西沒(méi)用。學(xué)無(wú)止境，先從typeid函數(shù)開(kāi)始講起。
typeid函數(shù)
typeid的主要作用就是讓用戶(hù)知道當(dāng)前的變量是什么類(lèi)型的，比如以下代碼：
#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;
}
對(duì)于C++支持的內(nèi)建類(lèi)型，typeid能完全支持，我們通過(guò)調(diào)用typeid函數(shù)，我們就能知道變量的信息。對(duì)于我們自定義的結(jié)構(gòu)體，類(lèi)呢？
#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，對(duì)于我們自定義的結(jié)構(gòu)體和類(lèi)，tpyeid都能支持。在上面的代碼中，在調(diào)用完typeid之后，都會(huì)接著調(diào)用name()函數(shù)，可以看出typeid函數(shù)返回的是一個(gè)結(jié)構(gòu)體或者類(lèi)，然后，再調(diào)用這個(gè)返回的結(jié)構(gòu)體或類(lèi)的name成員函數(shù)；其實(shí)，typeid是一個(gè)返回類(lèi)型為type_info類(lèi)型的函數(shù)。那么，我們就有必要對(duì)這個(gè)type_info類(lèi)進(jìn)行總結(jié)一下，畢竟它實(shí)際上存放著類(lèi)型信息。
type_info類(lèi)
去掉那些該死的宏，在Visual Studio 2012中查看type_info類(lèi)的定義如下：
class type_info
{
public:
virtual ~type_info();
bool operator==(const type_info& _Rhs) const; // 用于比較兩個(gè)對(duì)象的類(lèi)型是否相等
bool operator!=(const type_info& _Rhs) const; // 用于比較兩個(gè)對(duì)象的類(lèi)型是否不相等
bool before(const type_info& _Rhs) const;
// 返回對(duì)象的類(lèi)型名字，這個(gè)函數(shù)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類(lèi)中，復(fù)制構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符都是私有的，同時(shí)也沒(méi)有默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)；所以，我們沒(méi)有辦法創(chuàng)建type_info類(lèi)的變量，例如type_info A;這樣是錯(cuò)誤的。那么typeid函數(shù)是如何返回一個(gè)type_info類(lèi)的對(duì)象的引用的呢？我在這里不進(jìn)行討論，思路就是類(lèi)的友元函數(shù)。
typeid函數(shù)的使用
typeid使用起來(lái)是非常簡(jiǎn)單的，常用的方式有以下兩種：
1.使用type_info類(lèi)中的name()函數(shù)返回對(duì)象的類(lèi)型名稱(chēng)
就像上面的代碼中使用的那樣；但是，這里有一點(diǎn)需要注意，比如有以下代碼：
#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(shí)，由于pA是一個(gè)A類(lèi)型的指針，所以輸出就為class A *；當(dāng)我指定*pA時(shí)，它表示的是pA所指向的對(duì)象的類(lèi)型，所以輸出的是class A；所以需要區(qū)分typeid(*pA)和typeid(pA)的區(qū)別，它們兩個(gè)不是同一個(gè)東西；但是，這里又有問(wèn)題了，明明pA實(shí)際指向的是B，為什么得到的卻是class A呢？我們?cè)诳聪乱欢未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;
}
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(shuō)明什么？這就是RTTI在搗鬼了，當(dāng)類(lèi)中不存在虛函數(shù)時(shí)，typeid是編譯時(shí)期的事情，也就是靜態(tài)類(lèi)型，就如上面的cout<<typeid(*pA).name()<<endl;輸出class A一樣；當(dāng)類(lèi)中存在虛函數(shù)時(shí)，typeid是運(yùn)行時(shí)期的事情，也就是動(dòng)態(tài)類(lèi)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?cè)趯?shí)際編程中，經(jīng)常會(huì)出錯(cuò)，一定要謹(jǐn)記。
2.使用type_info類(lèi)中重載的==和!=比較兩個(gè)對(duì)象的類(lèi)型是否相等
這個(gè)會(huì)經(jīng)常用到，通常用于比較兩個(gè)帶有虛函數(shù)的類(lèi)的對(duì)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(huì)我再總結(jié)如何使用dynamic_cast來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣的功能。
dynamic_cast的內(nèi)幕
在這篇《static_cast、dynamic_cast、const_cast和reinterpret_cast總結(jié)》的文章中，也介紹了dynamic_cast的使用，對(duì)于dynamic_cast到底是如何實(shí)現(xiàn)的，并沒(méi)有進(jìn)行說(shuō)明，而這里就要對(duì)于dynamic_cast的內(nèi)幕一探究竟。首先來(lái)看一段代碼：
#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;
}
在上面代碼中，如果我們直接將pA賦值給pC，這樣編譯器就會(huì)提示錯(cuò)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(shí)候，它允許在運(yùn)行時(shí)刻進(jìn)行類(lèi)型轉(zhuǎn)換，從而使程序能夠在一個(gè)類(lèi)層次結(jié)構(gòu)中安全地轉(zhuǎn)換類(lèi)型，把基類(lèi)指針（引用）轉(zhuǎn)換為派生類(lèi)指針（引用）。我在《COM編程——接口的背后》這篇博文中總結(jié)的那樣，當(dāng)類(lèi)中存在虛函數(shù)時(shí)，編譯器就會(huì)在類(lèi)的成員變量中添加一個(gè)指向虛函數(shù)表的vptr指針，每一個(gè)class所關(guān)聯(lián)的type_info object也經(jīng)由virtual table被指出來(lái)，通常這個(gè)type_info object放在表格的第一個(gè)slot。當(dāng)我們進(jìn)行dynamic_cast時(shí)，編譯器會(huì)幫我們進(jìn)行語(yǔ)法檢查。如果指針的靜態(tài)類(lèi)型和目標(biāo)類(lèi)型相同，那么就什么事情都不做；否則，首先對(duì)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(lèi)型以及目標(biāo)類(lèi)型傳遞給內(nèi)部函數(shù)。其中最后一個(gè)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(duì)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(gè)是使用dynamic_cast進(jìn)行改寫(xiě)的版本。實(shí)際項(xiàng)目中，這種方法會(huì)使用的更多點(diǎn)。
總結(jié)
我在這里總結(jié)了RTTI的相關(guān)知識(shí)，希望大家看懂了。這篇博文有點(diǎn)長(zhǎng)，希望大家也耐心的看。總結(jié)了就會(huì)有收獲。
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