RTTI(运行时类型识别)

2023-02-13 08:02:00

C++为了能够在运行时正确判断一个对象确切的类型，加入了RTTI和type_info.

type_info

为每一个类型增加一个type_info对象。

为了能够在运行时获得对象的类型信息type_info，C++增加了两个运算符：typeid 和 dynamic_cast<>。type_info 常用的三个成员函数是 operator==()、operator!=() 和 name(),请参考标准头文件<typeinfo>.

typeid 运算符

它以一个对象或者类型名作为参数，返回一个匹配的const type_info对象，它表明该对象的确切类型.

void DeviceControllor::ControlThem(HomeElectricDevice& device)

{

    Command cmd = GetCommand();

     switch(cmd)

      {

          case PLAY_CD:

                  if(typeid(device) == typeid(Television))

                  {

                        Television* pTmp = static_cast<Television*>(&device);

                         pTmp->PlayVCD();

                   }

      }

}

上面代码中：

typeid(device)返回一个type_info对象的引用-该对象持有与device对象相关的必要的运行时信息。

typeid(Television)则返回与类Television相关的类型信息。

当typeid()作用于一个类名而不是一个对象的时候，它总是返回一个对应于该类名的type_info对象。

dynamic_cast<>运算符　　

typeid()不具备可扩展性，因为它返回一个对象的确切类型而不是基类型。一个派生类对象在语义上也应该是其基类型的对象(如果是public继承)，然而typeid()不具备这种判断能力。

dynamic_cast<>能够自动识别对象与类型间is-a的关系。

dynamic_cast<dest_type>(src)

dest_type就是转换的目标类型，而src则是被转换的对象。其行为可以这样描述：如果运行时src和dest_type确实存在is-a关系，则转换可进行；否则转换失败。

dynamic_cast<>可以用来转换指针和引用，但是不能转换对象。

当目标类型是某种类型的指针(包括void*)时，如果转换成功则返回目标类型的指针，否则返回NULL；
当目标类型为某种类型的引用时，如果成功则返回目标类型的引用，否则抛出std::bad_cast异常，因为不存在NULL引用。

2. dynamic_cast<>如何能够知道一个基类型指针指向的对象是不是一个派生类对象呢？显然，它一定是通过该对象的vptr检查位于其类型的vtable第一个slot的type_info对象而得知的(见下图)，或者不同的编译器对RTTI有不同的实现手段。因此dynamic_cast<>只能用于多态类型对象(拥有虚函数或虚拟继承)，否则将导致编译器错误。

dynamic_cast<>可以实现两个方向的转换：upcast 和 downcast.

upcast:把派生类型的指针、引用转换成基类型的指针或引用(实际上这可以隐式地进行，不必显示地转换).
downcast:把基类型的指针或引用转换成派生类型的指针或引用。如果这个基类型的指针或引用确实指向一个这种派生类的对象，那么转换就会成功，否则转换就会失败。

当你使用RTTI时要注意如下事项：

如果你的编译器没有打开RTTI支持，那么请打开它
要想使用RTTI，对象所属类型必须是多态
如果要用dynamic_cast<>转换一个引用，你要保证程序有一条catch()语句来处理std::bad_cast异常
如果试图用typeid来检索NULL指针所指对象的类型信息，将抛出std::bad_typeid异常，像这样：typeid(*p);//p==NULL
当用dynamic_cast<>转换一个指针的时候，要记住检查返回值是否为NULL。

最后，来总结一下RTTI背后的实现机制：

无论基本类型还是用户定义类型，都需要额外的内存来存放type_info对象。

　　多态类的type_info对象是如何存放的？要给每一个多态类增加一个指针成员，一个type_info对象，以及给虚函数表增加一项。该方法对任何多态类都是一样的，与程序中对象的个数无关。因此，使用typeid()来检索每个对象运行时的类型信息所花时间是一样的(通过vptr间接完成)。

同任何其他对象一样，type_info对象的创建过程也需要时间。

RTTI要求程序维护一颗继承树，dynamic_cast<>能够判断源对象与目标类型之间是否具有is-a关系，这需要在运行时遍历继承树，并且其开销会随着源对象类型与目标类型之间距离(层次)的增大而增大。

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