自从1993年Bjarne Stroustrup 〔注1 〕提出有关C++ 的RTTI功能之建议，以及C++ 的
例外处理(exception handling)需要RTTI；最近新推出的C++ 或多或少已提供RTTI。然而
，若不小心使用RTTI，可能会导致软件弹性的降低。本文将介绍RTTI的观念和近况，并说
明如何善用它。
什么是RTTI？
在C++ 环境中，标头档(header file) 含有类别之定义(class definition)亦即包含有
关类别的结构资料(representational information)。但是，这些资料只供编译器(compi
ler)使用，编译完毕后并未留下来，所以在执行时期(at run-time) ，无法得知对象的类
别资料，包括类别名称、资料成员名称与型态、函数名称与型态等等。例如，两个类别，
其继承关系如下图：
若有如下指令：
Figure *p;
p = new Circle();
Figure &q = *p;
在执行时，p 指向一个对象，但欲得知此对象之类别资料，就有困难了。同样欲得知q 所
参考(reference) 对象的类别资料，也无法得到。
RTTI(Run-Time Type Identification)就是要解决这困难，也就是在执行时，您想知道
指针所指到或参考到的对象型态时，该对象有能力来告诉您。
随着应用场合之不同，所需支持的RTTI范围也不同。最单纯的RTTI包括：
●类别识别(class identification)——包括类别名称或ID。
●继承关系(inheritance relationship)——支持执行时期的「往下变换型态」(downwar
d casting)，亦即动态转型态(dynamic casting) 。
在对象数据库存取上，还需要下述RTTI：
●对象结构(object layout) ——包括属性的型态、名称及其位置（position或offset）
。
●成员函数表(table of functions)——包括函数的型态、名称、及其参数型态等。
其目的是协助对象的I/O 和永存(persistence) ，也提供侦错讯息等。
若依照Bjarne Stroustrup 之建议〔注1 〕，C++ 还应包括更完整的RTTI：
●能得知类别所诞生的各对象 。
●能参考到函数的原始码。
●能取得类别的有关线上说明(on-line documentation) 。
其实这些都是C++ 编绎完成时，所丢弃的资料，如今只是希望寻找个途径来将之保留到执
行期间。然而，要提供完整的RTTI，将会大幅提高C++ 的复杂度！
RTTI可能伴随的副作用
RTTI最主要的副作用是：程序员可能会利用RTTI来支持其「复选」(multiple-selectio
n)方法，而不使用虚拟函数(virtual function)方法。
虽然这两种方法皆能达到多型化(polymorphism) ，但使用复选方法，常导致违反著名的
「开放╱封闭原则」(open/closed principle) 〔注2 〕。反之，使用虚拟函数方法则可
合乎这个原则， 请看下图：
Circle和Square皆是由Figure所衍生出来的子类别，它们各有自己的draw()函数。当
C++ 提供了RTTI，就可写个函数如下：
void drawing( Figure *p )
{
if( typeid(*p).name() == "Circle" )
((Circle*)p) -> draw();
if( typeid(*p).name() == "Rectangle" )
((Rectangle*)p) -> draw();
}
虽然drawing() 函数也具有多型性，但它与Figure类别体系的结构具有紧密的相关性。
当Figure类别体系再衍生出子类别时，drawing() 函数的内容必须多加个if指令。因而违
反了「开放╱封闭原则」，如下：
很显然地，drawing() 函数应加以修正。
想一想，如果C++ 并未提供RTTI，则程序员毫无选择必须使用虚拟函数来支持draw
ing() 函数的多型性。于是程序员将draw()宣告为虚拟函数，并写drawing() 如下：
void drawing(Figure *p)
{ p->draw(); }
如此，Figure类别体系能随时衍生类别，而不必修正drawing() 函数。亦即，Figur
e体系有个稳定的接口(interface) ，drawing() 使用这接口，使得drawing() 函数也稳定
，不会随Figure类别体系的扩充而变动。这是封闭的一面。而这稳定的接口并未限制Figu
re体系的成长，这是开放的一面。因而合乎「开放╱封闭」原则，软件的结构会更具弹性
，更易于随环境而不断成长。
RTTI的常见的 使用场合
一般而言，RTTI的常见使用场合有四：例外处理(exceptions handling)、动态转型
态(dynamic casting) 、模块整合、以及对象I/O 。
1.例外处理—— 大家所熟悉的C++ 新功能：例外处理，其需要RTTI，如类别名称等。
2.动态转型态—— 在类别体系(class hierarchy) 中，往下的型态转换需要类别继承的
RTTI。
3.模块整合—— 当某个程序模块里的对象欲跟另一程序模块的对象沟通时，应如何得知
对方的身分呢？知道其身分资料，才能呼叫其函数。一般的C++ 程序，常见的解决方法是
——在原始程序中把对方对象之类别定义（即存在标头档里）包含进来，在编译时进行连
结工作。然而，像目前流行的主从(Client-Server) 架构中，客户端(client)的模块对象
，常需与主机端(server)的现成模块对象沟通，它们必须在执行时沟通，但又常无法一再
重新编译。于是靠标头文件来提供的类别定义资料，无助于执行时的沟通工作，只得依赖
RTTI了。
4.对象I/O —— C++ 程序常将其对象存入数据库，未来可再读取之。对象常内含其它小
对象，因之在存入数据库时，除了必须知道对象所属的类别名称，也必须知道各内含小对
象之所属类别，才能完整地将对象存进去。储存时，也将这些RTTI资料连同对象内容一起
存入数据库中。未来，读取对象时，可依据这些RTTI资料来分配内存空间给对象。
RTTI从那里来？
上述谈到RTTI的用途，以及其副作用。这众多争论，使得RTTI的标准迟迟未呈现出来。
也导致各C++ 开发环境提供者，依其环境所需而以各种方式来支持RTTI，且其支持RTTI的
范围也所不同。 目前常见的支持方式包括：
●由类别库提供RTTI——例如，Microsoft 公司的Visual C++环境。
●由C++ 编译器(compiler)提供——例如，Borland C++ 4.5 版本。
●由原始程序产生器(code generator)提供——例如Bellvobr系统。
●由OO数据库的特殊前置处理器(preprocessor)提供——例如Poet系统。
●由程序员自己加上去。
这些方法皆只提供简单的RTTI，其仅为Stroustrup先生所建议RTTI内涵的部分集合而已。
相信不久的将来，会由C++ 编译器来提供ANSI标准的RTTI，但何时会订出这标准呢？没人
晓得吧！
程序员自己提供的RTTI
通常程序员自己可提供简单的RTTI，例如提供类别的名称或识别(TypeID)。最常见的方
法是：为类别体系定义些虚拟函数如Type_na() 及Isa() 函数等。请先看个例子：
class Figure { };
class Rectangle : public Figure { };
class Square : public Rectangle
{ int data;
public:
Square() { data=88; }
void Display() { cout << data << endl; }
};
void main()
{ Figure *f = new Rectangle();
Square *s = (Square *)f;
s -> Display();
}
这时s 指向Rectangle 之对象，而s->Display()呼叫Square::Display() ，将找不到data
值。若在执行时能利用RTTI来检查之，就可发出错误讯息。于是，自行加入RTTI功能：
class Figure
{ public:
virtual char* Type_na()
{ return "Figure"; }
virtual int Isa(char* cna)
{ return !strcmp(cna, "Figure")? 1:0; }
};
class Rectangle:public Figure
{ public:
virtual char* Type_na()
{ return "Rectangle"; }
virtual int Isa(char* cna)
{ return !strcmp(cna, "Rectangle")?
1 : Figure::Isa(cna);
}
static Rectangle* Dynamic_cast(Figure* fg)
{ return fg -> Isa(Type_na())?
(Rectangle*)fg : 0;
}
};
class Square:public Rectangle
{ int data;
public:
Square() { data=88; }
virtual char* Type_na()
{ return "Square"; }
virtual int Isa(char* cna)
{ return !strcmp(cna, "Rectangle")?
1 : Rectangle::Isa(cna);
}
static Square* Dynamic_cast(Figure *fg)
{ return fg->Isa(Type_na())?
(Square*)fg : 0;
}
void Display() { cout << "888" << endl; }
};
虚拟函数Type_na() 提供类别名称之RTTI，而Isa() 则提供继承之RTTI，用来支持「动态
转型态」函数——Dynamic_cast()。例如：
Figure *f = new Rectangle();
cout << f -> Isa("Square") << endl;
cout << f -> Isa("Figure") << endl;
这些指令可显示出：f 所指向之对象并非Square之对象，但是Figure之对象（含子孙对象
）。再如：
Figure *f; Square *s;
f = new Rectangle();
s = Square == Dynamic_cast(f);
if(!s)
cout << "dynamic_cast error!!" << endl;
此时，依RTTI来判断出这转型态是不对的。
类别库提供RTTI
由类别库提供RTTI是最常见的，例如Visual C++的MFC 类别库内有个CRuntimeClass 类
别，其内含简单的RTTI。请看个程序：
class Figure:public CObject
{
DECLARE_DYNAMIC(Figure);
};
class Rectangle : public Figure
{
DECLARE_DYNAMIC(Rectangle);
};
class Square : public Rectangle
{
DECLARE_DYNAMIC(Square);
int data;
public:
void Display() { cout << data << endl; }
Square() { data=88; }
};
IMPLEMENT_DYNAMIC(Figure, CObject);
IMPLEMENT_DYNAMIC(Rectangle, Figure);
IMPLEMENT_DYNAMIC(Square, Rectangle);
Visual C++程序依赖这些宏(Macor) 来支持RTTI。现在就看看如何使用CRuntimeClass 类
别吧！如下：
CRuntimeClass *r;
Figure *f = new Rectangle();
r = f -> GetRuntimeClass();
cout << r -> m_psClassName << endl;
这就在执行时期得到类别的名称。Visual C++的类别库仅提供些较简单的RTTI——类
别名称、对象大小及父类别等。至于其它常用的RTTI如——数据项的型态及位置(positio
n)等皆未提供。
C++编译器提供RTTI
由C++ 语言直接提供RTTI是最方便了，但是因RTTI的范围随应用场合而不同，若C++ 语
言提供所有的RTTI，将会大幅度增加C++ 的复杂度。目前，C++ 语言只提供简单的RTTI，
例如Borland C++ 新增typeid()操作数以及dynamic_cast<T*>函数样版。请看个程序：
class Figure
{ public:
virtual void Display();
};
class Rectangle : public Figure { };
class Square:public Rectangle
{ int data;
public:
Square() { data=88; }
void Display() { cout << data << endl; }
};
现在看看如何使用typeid()操作数——
Figure *f = new Square();
const typeinfo ty = typeid(*f);
cout << ty.name() << endl;
这会告诉您：f 指针所指的对象，其类别名称是Square。再看看如何使用dynamic_cast<T
*>函数样版——
Figure *f; Square *s;
f = new Rectangle();
s = dynamic_cast<Sqiare *>(f);
if(!s)
cout << "dynamic casting error!!" << endl;
在执行时，发现f 是不能转为Square *型态的。如下指令：
Figure *f; Rectangle *r;
f = new Square();
r = dynamic_cast<Rectangle *>(f);
if(r) r->Display();
这种型态转换是对的。
RTTI与虚拟函数表
在C++ 程序中，若类别含有虚拟函数，则该类别会有个虚拟函数表（Virtual Function T
able，简称VFT ）。为了提供RTTI，C++ 就将在VFT 中附加个指针，指向typeinfo对象，
这对象内含RTTI资料，如下图：
由于该类别所诞生之各对象，皆含有个指针指向VFT 表，因之各对象皆可取出typeinf
o对象而得到RTTI。例如，
Figure *f1 = new Square();
Figure *f2 = new Square();
const typeinfo ty = typeid(*f2);
其中，typeid(*f2) 的动作是：
1.取得f2所指之对象。
2.从对象取出指向VMF 之指针，经由此指针取得VFT 表。
3.从表中找出指向typeinfo对象之指针，经由此指针取得typeinfo对象。
这typeinfo对象就含有RTTI了。参考下图1，经由f1及f2两指针皆可取得typeinfo对象，
所以 typeid(*f2) == typeid(*f1)。
总结
RTTI是C++ 的新功能。过去，C++ 语言来提供RTTI时，大多依赖类别库来支持，但各类
别库使用的方法有所不同，使得程序的可移植性(portability) 大受影响。然而，目前C+
+ 也只提供最简单的RTTI而已，可预见的未来，当大家对RTTI的意见渐趋一致时，C++ 将
会提供更完整的RTTI，包括数据项和成员函数的型态、位置(offset)等资料，使得C++ 程
序更井然有序，易于维护。
参考资料
[注1] Stroustrup B., “Run-Time Type Identification for C++”, Usenix C++ Con
ference, Portland, 1993.
[注2] Meyer B.,Object-Oriented Software Construction, Prentice Hall, 1988.