c++ RTTI(運行時類型識別)


通過RTTI,能夠通過基類的指針或引用來檢索其所指對象的實際類型。c++通過下面兩個操作符提供RTTI。

(1)typeid:返回指針或引用所指對象的實際類型。

(2)dynamic_cast:將基類類型的指針或引用安全的轉換為派生類型的指針或引用。

對於帶虛函數的類,在運行時執行RTTI操作符,返回動態類型信息;對於其他類型,在編譯時執行RTTI,返回靜態類型信息。

當具有基類的指針或引用,但需要執行派生類操作時,需要動態的強制類型轉換(dynamic_cast)。這種機制的使用容易出錯,最好以虛函數機制代替之。

dynamic_cast 操作符

如果dynamic_cast轉換指針類型失敗,則返回0;如果轉換引用類型失敗,則拋出一個bad_cast類型的異常。

可以對值為0的指針使用dynamic_cast,結果為0。

dynamic_cast會首先驗證轉換是否有效,只有轉換有效,操作符才進行實際的轉換。

if (Derived *derivedPtr = dynamic_cast<Derived *>(basePtr))
{
// use the Derived object to which derivedPtr points
}
else
{
// basePtr points at a Base object
// use the Base object to which basePtr points
}

也可以使用dynamic_cast將基類引用轉換為派生類引用:dynamic_cast<Type&>(val)

因為不存在空引用,所以不能像指針一樣對轉換結果進行判斷。不過轉換引用類型失敗時,會拋出std::bad_cast異常。

try
{
const Derived &d = dynamic_cast<const Derived&>(b);
}
catch (bad_cast) {
// handle the fact that the cast failed.
}

typeid操作符

typeid能夠獲取一個表達式的類型:typeid(e)。

如果操作數不是類類型或者是沒有虛函數的類,則獲取其靜態類型;如果操作數是定義了虛函數的類類型,則計算運行時類型。

typeid最常見的用途是比較兩個表達式的類型,或者將表達式的類型與特定類型相比較。

Base *bp;
Derived
*dp;
// compare type at run time of two objects
if (typeid(*bp) == typeid(*dp))
{
// bp and dp point to objects of the same type
}
// test whether run time type is a specific type
if (typeid(*bp) == typeid(Derived))
{
// bp actually points a Derived
}

注意:如果是typeid(bp),則是對指針進行測試,這會返回指針(bp)的靜態編譯時類型(Base *)。

如果指針p的值是0,,並且指針所指的類型是帶虛函數的類型,則typeid(*p)拋出一個bad_typeid異常。

RTTI的使用

如果有一個類層次,希望為它實現“==”操作符。假設類層次中只有2個類型,那么需要4個函數:

bool operator==(const Base&, const Base&)
bool operator==(const Derived&, const Derived &)
bool operator==(const Derived &, const Base&)
bool operator==(const Base&, const Derived &)

如果類層次中有4個類型,就要實現16個操作符函數,這種實現就太麻煩了。下面來看如何使用RTTI解決這個問題。

只定義1個“==”操作符函數,每個類定義一個虛函數equal。

class Base
{
friend
bool operator==(const Base&, const Base&);
public:
// interface members for Base
protected:
virtual bool equal(const Base&) const;
// data and other implementation members of Base
};

bool Base::equal(const Base &rhs) const
{
// do whatever is required to compare to Base objects
}

class Derived: public Base
{
friend
bool operator==(const Base&, const Base&);
public:
// other interface members for Derived
private:
bool equal(const Base&) const;
// data and other implementation members of Derived
};

bool Derived::equal(const Base &rhs) const
{
if (const Derived *dp = dynamic_cast<const Derived *>(&rhs))
{
// do work to compare two Derived objects and return result
}
else
return false;
}

bool operator==(const Base &lhs, const Base &rhs)
{
// returns false if typeids are different otherwise
// returns lhs.equal(rhs)
return typeid(lhs) == typeid(rhs) && lhs.equal(rhs);
}

如果操作數類型不同,操作符就返回假;如果操作數類型相同,就將實際比較操作數的工作委派給適當的虛函數equal。

Derived::equal()中的dynamic_cast強制轉換是必要的。因為要比較派生類的成員,必須將操作數Base &轉換為Derived類型。

type_info

type_info類的實現因編譯器的不同而不同。但如下幾個常用的操作符和函數是c++標准要求必須實現的:“t1 == t2”、“t1 != t2”、“t.name()”。

typeid操作符的返回類型就是type_info,正因為type_info提供了“==”操作符,才可以進行上面提到的“if (typeid(*bp) == typeid(*dp))”判斷。

type_info的默認構造函數、拷貝構造函數、賦值操作符都定義為private,創建type_info對象的唯一方法就是使用typeid操作符。

name()函數返回類型名字的c-style字符串,但字符串的格式可能不同的編譯器略有不同。下面是在vc2008編譯器下的測試。

// expre_typeid_Operator.cpp
// compile with: /GR /EHsc
#include <iostream>
#include
<typeinfo.h>

class Base
{
public:
virtual void vvfunc() {}
};

class Derived : public Base {};

using namespace std;

int main()
{
Derived
* pd = new Derived;
Base
* pb = pd;
int i = 0;

cout
<< typeid( i ).name() << endl; // prints "int"
cout << typeid( 3.14 ).name() << endl; // prints "double"
cout << typeid( pb ).name() << endl; // prints "class Base *"
cout << typeid( *pb ).name() << endl; // prints "class Derived"
cout << typeid( pd ).name() << endl; // prints "class Derived *"
cout << typeid( *pd ).name() << endl; // prints "class Derived"

delete pd;
}

【學習資料】 《c++ primer》


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