RTTI(Run-Time Type Identification),通过运行时类型信息程序能够使用
基类的
指针或引用来检查这些指针或引用所指的对象的实际
派生类型。
面向对象的编程语言,像C++,Java,delphi都提供了对RTTI的支持。 本文将简略介绍 RTTI 的一些背景知识、描述 RTTI 的概念,并通过具体例子和代码介绍什么时候使用以及如何使用 RTTI;本文还将详细描述两个重要的 RTTI 运算符的使用方法,它们是 typeid 和dynamic_cast。
其实,RTTI 在C++中并不是什么新的东西,它早在十多年以前就已经出现了。但是大多数开发人员,包括许多高层次的C++程序员对它并不怎么熟悉,更不用说使用 RTTI 来设计和编写应用程序了。
一些
面向对象专家在传播自己的设计理念时,大多都主张在设计和开发中明智地使用虚拟成员函数,而不用 RTTI 机制。但是,在很多情况下,
虚拟函数无法克服本身的局限。每每涉及到处理异类容器和根
基类层次(如 MFC)时,不可避免要对对象类型进行动态判断,也就是动态类型的侦测。如何确定对象的动态类型呢?答案是使用内建的 RTTI 中的运算符:typeid 和 dynamic_cast。
在C++中存在
虚函数,也就存在了多态性,对于多态性的对象,在
程序编译时可能会出现无法确定对象的类型的情况。当类中含有虚函数时,其基类的
指针就可以指向任何
派生类的对象,这时就有可能不知道基类指针到底指向的是哪个对象的情况,类型的确定要在运行时利用运行时类型标识做出。为了获得一个对象的类型可以使用typeid函数,该函数返回一个对type_info类对象的引用,要使用typeid必须使用头文件
,因为typeid是一个返回类型为type_info的引用的函数所以这里有必要先介绍一下type_info类该操作符的主要作用就是让用户知道当前的变量是什么类型的,比如使用typeid(a).name()就能知道变量a是什么类型的。因为typeid()操作符是一个返回类型为const typeid_info&类型的操作符,所以下面先对type_info类作下介绍
因为type_info类的
复制构造函数和
赋值运算符都是私有的,所以不允许用户自已创建type_info的对象,比如type_info A;错误,没有默认的构造函数。唯一要使用type_info类的方法就是使用typeid函数。
该函数返回type_info类对象的引用,即形式为const type_info& typeid();因此也可以说typeid函数是type_info类的一个引用对象,可以访问type_info类的成员。但因为不能创建type_info类的对象,而typeid又必须返回一个类型为type_info类型的对象的引用,所以怎样在typeid函数中创建一个type_info类的对象以便让函数返回type_info类对象的引用就成了问题。这可能是把typid函数声明为了type_info类的
友元函数来实现的,
默认构造函数是私有的并不能阻止该类的友元函数创建该类的对象。所以typeid函数如果是
友元的话就可以访问type_info类的私有成员,从而可以创建type_info类的对象,从而可以创建返回类型为type_info类的引用。
class A{private:A(){} A(const A&){} A& operator =(const A&){} friend A& f();};这里把类A的
默认构造函数,
复制构造函数和赋值操作符定为私有从而防止创建类A的对象,但函数f()是类A的友元,所以在函数f()中可以创建类A的对象。同时为了实现函数f()返回的对象类型是A的引用,就必须在函数f中创建一个类A的对象以作为函数f的返回值,比如函数f可以这样定义A& f(){A ma; cout<<”f”<
因为typeid函数是type_info类的对象,也就是说可以用该函数访问type_info类的成员,即type_info类中
重载的= =和!=运算符,name()和before()成员函数,比如typid(a).name()和typid(a) == typid(b)等等。
typeid函数的使用原理
该
函数的形式为type_info& typeid(object)其中object是任何类型的对象,可以是内置类型和用户创建的类类型。可以看出typeid既是一个函数,同时他也是type_info类的对象,即typeid可以访问类type_info类的成员,也可以做为一个单独的函数来使用。做个简单的例子,比如
class A{private: A(){b=3;cout<<”A”<默认构造函数
public: void name(){cout<<”NA”<
friend A f();}; //函数f()是类A的
友元,因此在f中可以创建类A的对象。
A f() //函数f()在这里即是类A的一个对象,也是一个单独的函数。
{ A m; //创建类A的对象,因为函数f是类A的友元,因此可以创建类A的对象
cout<<”F”<
main()
{ f().name(); //函数f()作为类A的对象使用,这里要注意程序的执行顺序,首先执行函数f()中的语句A m,因此调用类A的
默认构造函数输出A,然后执行A m;后面的语句,输出F,再然后调用类A中的成员函数name输出NA.
f(); } //函数f()单独作为函数使用。
我们创建一个类A,其中A的默认构造函数是私有的,也就是说不能用默认构造函数创建类A的对象。函数f()是类A的
友元,且返回一个类A的对象,因为f()函数是类A的友元,所以在函数f中可以用默认构造函数创建类A的对象,这时函数f()同时是一个函数,也是类A的对象,因此也可以访问类A中的成员。
typeid函数使用方式
2)、使用type_info类中重载的= =与!=比较两个对象的类型是否相等。使用该方法需要调用类type_info中重载的= =和!=操作符,其使用方法为typid(object1)= =typid(object2);如果两个对象的类型相等则返回1,如果不相等则为0。这种使用方法通常用于比较两个带有虚函数的类的对象是否相等,比如有类A,其中定义有虚函数,而类B,类C,类D,都是从类A派生而来的且重定义了该虚函数,这时有两个类A的指针p和p1,按照虚函数的原理,基类的指针可以指向任何派生类的对象,在这时就有可能需要比较两个指针是否指向同一个对象,这时就可以这样使用typeid了,typeid(*p)= =typeid(*p1);这里要注意的是typeid(*p)与typeid(p)是指的不同的对象类型,typeid(p)表示的是p的类型,在这里p是一个指针,这个指针指向的是类A的对象,所以p的类型是A*,而typeid(*p)则不一样,*p表示的是指针p实际所指的对象的类型,比如这里的指针p指向派生类B,则typeid(*p)的类型为B。所以在测试两个指针的类型是否是相等时应使用*p,即typeid(*p)= =typeid(*p1)。如果是typeid(p)= =typeid(p1)的话,则无论指针p和p1指向的什么
派生类对象,他们都是相等的,因为都是A *的类型。
强制类型转换运算符
C++有四种
强制类型转换符,分别是
dynamic_cast,
const_cast,
static_cast,
reinterpret_cast。其中dynamic_cast与运行时类型转换密切相关,在这里我们介绍dynamic_cast。
dynamic_cast强制转换运算符
该转换符用于将一个指向
派生类的基类指针或引用转换为派生类的指针或引用,注意
dynamic_cast转换符只能用于含有虚函数的类,其表达式为dynamic_cast<类型>(表达式),其中的类型是指要将表达式转换成的目标类型,比如含有虚函数的基类B和从基类B派生出的派生类D,则B *pb; D *pd, md; pb=&md; pd=dynamic_cast
(pb); 最后一条语句表示把指向派生类D的基类指针pb转换为派生类D的指针,然后将这个指针赋给派生类D的指针pd,有人可能会觉得这样做没有意义,既然指针pd要指向派生类为什么不pd=&md;这样做更直接呢?有些时候我们需要强制转换,比如如果指向派生类的基类指针B想访问派生类D中的除虚函数之外的成员时就需要把该指针转换为指向派生类D的指针,以达到访问派生类D中特有的成员的目的,比如派生类D中含有特有的成员函数g(),这时可以这样来访问该成员dynamic_cast(pb)->g();因为dynamic_cast转换后的结果是一个指向派生类的指针,所以可以这样访问派生类中特有的成员。但是该语句不影响原来的指针的类型,即基类指针pb仍然是指向基类B的。如果单独使用该指针仍然不能访问派生类中特有的成员。一般情况下不推荐这样使用dynamic_cast转换符,因为dynamic_cast的转换并不会总是成功的,具体情况在后面介绍。dynamic_cast的注意事项
dynamic_cast转换符只能用于指针或者引用。dynamic_cast转换符只能用于含有虚函数的类。
dynamic_cast转换操作符在执行类型转换时首先将检查能否成功转换,如果能成功转换则转换之,如果转换失败,如果是指针则返回一个0值,如果是转换的是引用,则抛出一个bad_cast异常,所以在使用dynamic_cast转换之间应使用if语句对其转换成功与否进行测试,比如pd=dynamic_cast
(pb); if(pd){…}else{…},或者这样测试if(dynamic_cast(pb)){…}else{…}。注意事项
使用 typeid 要注意一个问题,那就是某些编译器(如
Visual C++)默认状态是禁用 RTTI 的,目的是消除性能上的开销。如果你的程序确实使用了 RTTI,一定要记住在编译前启用 RTTI。(vc6.0启用方式:project->setting->c/c++->category->c++ Language 下面第二个复选框选中)。使用 typeid 可能产生一些将来的维护问题。假设你决定扩展上述的类层次,从MediaFile 派生另一个叫 LocalizeMedia 的类,用这个类表示带有不同语言说明文字的媒体文件。但 LocalizeMedia 本质上还是个 MediaFile 类型的文件。因此,当用户在该类文件图标上单击右键时,文件管理器必须提供一个“播放”菜单。可惜 build()成员函数会调用失败,原因是你没有检查这种特定的文件类型。为了解决这个问题,你必须象下面这样对 build() 打补丁:
唉,这种做法真是显得太业余了,以后每次添加新的类,毫无疑问都必须打类似的补丁。显然,这不是一个理想的解决方案。这个时候我们就要用到
dynamic_cast,这个
运算符用于多态编程中保证在运行时发生正确的转换(即
编译器无法验证是否发生正确的转换)。用它来确定某个对象是 MediaFile 对象还是它的
派生类对象。dynamic_cast 常用于从多态编程
基类指针向派生类指针的向下类型转换。它有两个参数:一个是
类型名;另一个是多态对象的指针或引用。其功能是在运行时将对象
强制转换为目标类型并返回
布尔型结果。也就是说,如果该函数成功地并且是动态的将 *pfile 强制转换为 MediaFile,那么 pfile的动态类型是 MediaFile 或者是它的派生类。否则,pfile 则为其它的类型:
细细想一下,虽然使用
dynamic_cast 确实很好地解决了我们的问题,但也需要我们付出代价,那就是与 typeid 相比,dynamic_cast 不是一个常量时间的操作。为了确定是否能完成
强制类型转换,dynamic_cast`必须在运行时进行一些转换细节操作。因此在使用 dynamic_cast 操作时,应该权衡对性能的影响。