1.typeid可以获取一个变量的类型名称,例如:ClassA a; typeid(a).name();
可以用于在运行期判断变量的类型。在实现上每个编译器都有自己的实现方法,一般的C++的编译器的实现可分为两种不同情况:
①静态类型
②动态类型
对于静态类型的变量,比如基本类型(int,float等)、类的对象以及非多态的类的指针,像这种变量,都是可以在编译期就确定变量类型的(推导类型是编译器的基本能力),因此凡是出现typeid的地方,编译器就会生成一份typeinfo结构体,存放这个变量类型的信息。
对于动态类型,比如:F* f = new S;那么假设想通过typeid判断*f的类型,也是可以的(typeid(*f).name()结果和typeid(S).name()相同),在实现上编译器会为每个多态类创建一份typeinfo(同样是在编译期实现的),然后将其地址放到这个类的虚函数表的前面size_t个字节。这样就能通过虚函数表找到这个typeinfo的信息。测试代码如下所示:
#include<iostream> #include <typeinfo> using namespace std; class F { public: virtual void AA() { cout << "F::AA()" << endl; } virtual void BB() { cout << "F::BB()" << endl; } void CC(){ cout << "F::CC()" << endl; } virtual void FF() { cout << "F::FF()" << endl; } }; class S : public F { public: virtual void BB() { cout << "S::BB()" << endl; } virtual void DD() { cout << "S::DD()" << endl; } void EE() { cout << "S::EE()" << endl; } }; int main() { F* f = new S; typedef void(*pFun)(); pFun* p = (pFun*)*(size_t*)f; //虚函数表首地址 p--; //typeinfo信息地址 type_info *base = (type_info *)(*p);//*p也是个指针,且其指向的内存是type_info结构体(准确的说应该是这块内存前面的信息是type_info结构体,后面可能有别的信息) cout << base->name() << endl; cout << typeid(S).name() << endl; p++; (*p)();//调用虚函数表中的函数 p++; (*p)(); p++; (*p)(); p++; (*p)(); return 0; }
运行结果如下:
1S 1S F::AA() S::BB() F::FF() S::DD()
可以看到虚函数表前面的地址存储的就是typeinfo的地址,后面存储的就是函数指针了。
一些疑问:
①这个typeinfo信息到底被存在哪?由于其是在编译期产生的,应该存储在静态存储区(全局变量区)或者常量区。
②虚函数表只存储了函数指针,那么在调用时如何知道这个索引值(例如上面的例子,加入你调用f->BB(),那么怎么知道取的是虚函数表中的第二个函数呢?),这个也是编译器帮我们做的记录,编译器会在编译期记录虚函数的排列顺序,这样调用的时候就能知道index值了。
注:以上代码运行环境为:ubuntu16.04 + gcc5.4.0,在vs上不能成功运行(vs默认使用的是MSVC编译器,不同的编译器在实现RTTI上是不同的,MSVC在实现上存储的是一个rtti complete object locator结构体指针,位置同样是在vtable的前面,下面会有测试代码,来自:http://www.cppblog.com/dawnbreak/archive/2009/03/12/76354.html)
#include "iostream" #include "string" using namespace std; class Aclass { public: int a; virtual void setA(int tmp) { a=tmp; cout<<a<<endl; } }; class Bclass:public Aclass { public: virtual void setA(int tmp) { a=tmp+10; cout<<a<<endl; } public: void print() { cout<<a<<endl; } }; class Cclass:public Bclass { }; typedef unsigned long DWORD; struct TypeDescriptor { DWORD ptrToVTable; DWORD spare; char name[8]; }; struct PMD { int mdisp; //member displacement int pdisp; //vbtable displacement int vdisp; //displacement inside vbtable }; struct RTTIBaseClassDescriptor { struct TypeDescriptor* pTypeDescriptor; //type descriptor of the class DWORD numContainedBases; //number of nested classes following in the Base Class Array struct PMD where; //pointer-to-member displacement info DWORD attributes; //flags, usually 0 }; struct RTTIClassHierarchyDescriptor { DWORD signature; //always zero? DWORD attributes; //bit 0 set = multiple inheritance, bit 1 set = virtual inheritance DWORD numBaseClasses; //number of classes in pBaseClassArray struct RTTIBaseClassArray* pBaseClassArray; }; struct RTTICompleteObjectLocator { DWORD signature; //always zero ? DWORD offset; //offset of this vtable in the complete class DWORD cdOffset; //constructor displacement offset struct TypeDescriptor* pTypeDescriptor; //TypeDescriptor of the complete class struct RTTIClassHierarchyDescriptor* pClassDescriptor; //describes inheritance hierarchy }; int main(int argc, char* argv[]) { Aclass* ptra=new Bclass; int ** ptrvf=(int**)(ptra); RTTICompleteObjectLocator str= *((RTTICompleteObjectLocator*)(*((int*)ptrvf[0]-1))); //abstract class name from RTTI string classname(str.pTypeDescriptor->name); //classname=classname.substr(4,classname.find("@@")-4); cout<<classname<<endl; system("pause"); return 0; }
在MSVC的编译器上多态对象内存布局如下图所示:
与g++不同的是,vtable前面存储的是rtti complete object locator结构体指针(通过vs的单步调试可以看到),其内部包含一个pTypeDescriptor指针和pClassDescriptor指针,pTypeDescriptor结构体内就包含对象的类名,就能实现typeid的功能。
2.dynamic_cast
由上图可知,rtti complete object locator结构体中还包含pClassDescriptor结构体,其内包含对象的父类信息pBaseClassArray,父类信息再向上又能找到父类的父类的信息,相当于维护了一个继承关系树,也就是说能通过当前对象知道这个类的所有父类的信息。
这样当你写下dynamic_cast<Bclass*>(ptra)时,就能知道ptra这个指针指向的对象到底是不是Bclass或者是Bclass的子类,是的话就返回对象地址,否则就返回空指针,实现了安全的类型转换。
至于g++,其实现逻辑如下:
①找到 ptra的 type_info,找到Bclass的type_info(静态推导即可)
②判断ptra的类型与Bclass是否相等或者是否是其子类
③是:返回对象地址;否返回空指针
疑问:假设ptra的类型是 Bclass的子类,而非Bclass自身,那么g++的实现是怎么判断ptra是否是Bclass的子类的。
可以有两种做法:
①像MSVC一样,除了存储自身类型信息外,在后面存储上父类的类型信息(前面验证了vtable前面的指针指向的内存起始内容是个type_info结构体,后面是否存了其他信息没有找到依据)
②编译器在编译期确定这个继承关系链
总之无论如何实现,都避免不了维护这个继承关系链
小结:
1.typeid分静态推导和动态推导,且不同编译器有不同的实现,如果是动态推导,typeid的实现原理等同于RTTI,但是typeid只确定自己的类型信息,无需更多的判断,代价相比dynamic_cast要小
2.dynamic_cast一般用于多态类型的向下类型转换,作用对象的范围比typeid小,实现复杂,运行代价一般比typeid大