C++中RTTI机制剖析

C++中要想在运行时获取类型信息，可没有Java中那么方便，Java中任何一个类都可以通过反射机制来获取类的基本信息(接口、父类、方法、属性、Annotation等)，而且Java中还提供了一个关键字，可以在运行时判断一个类是不是另一个类的子类或者是该类的对象，但C++却没有这么多功能，C++中获得类信息只能通过RTTI机制，而且功能还是很有限的，因为C++中最终生成的代码是直接与机器相关的，而Java中会生成字节码文件，再由JVM加载运行,字节码文件中可以含有类的信息。

C++中RTTI的简单源程序示例：

class?A{??

private:??

????????int?a;??

};??

class?B{??

public:???

????????//加一个虚函数??

????????virtual?void?f(){}??

};??

class?C:public?B??

{??

public?:??

????????void?f(){};??

};?

class?D:public?A??

{??

public:??

????????void?f(){}??

};

int?main()??

{??

????????int?a=2;??

?????????//打印出int??

????????cout<<typeid(a).name()<<endl;??

????????A?objA;??

????????//打印出class?A??

????????cout<<typeid(objA).name()<<endl;??

????????B?objB;??

????????//打印出class?B??

????????cout<<typeid(objB).name()<<endl;??

????????C?objC;??

????????//打印出class?C??

????????cout<<typeid(objC).name()<<endl;??

????????/*?

????????//以下是多态在VC?6.0编译器不支持，但是在GCC以及微软更高版本的编译器却都是?

????????//支持的，且是在运行时候来确定类型的，而不是在编译器,会打印出class?c?

????????B?*ptr=new?C();?

cout<<typeid(*ptr).name()<<endl;?

*/??

????????A?*ptr=new?D();??

?????????//打印出class?A而不是class?D??

????????cout<<typeid(*ptr).name()<<endl;??

????????return?0;??

????????}??

要想理解上述代码：我们需要明白以下几个事实

1：typeid是一个关键字

2：typeid的结果有时候在编译期确定有时间会在执行期确定

3：typeid运行时，会将判断的结果存储在一个consttypeinfo&对象中

4：不同的编译器对typeid运算的结果差异很大，例如在VC 6.0与G++编译器中，G++编译器支持运行时动态确定类型，而VC 6.0则不支持。

1：typeid是一个关键字，可以在任意一本C++入门书中看到，typeid是一个关键字，像Sizeof一样，要是函数的话，函数传参你有见过这样的吗typeid(int),直接传int,而不是传一个整型值的，我是没见过:)

2：看看上述的程序，你会发现上述程序中除了多态的那一部份(在VC 6.0中是无法编译通过的)，其他的均是在编译期运行，多态的会在执行期去运行，为了更具说服务力，看看下面的代码，是上面程序的部分汇编代码：

30:???????//打印出int??

31:???????const?type_info?&t=typeid(a);//从下面的汇编代码中可以看出类型在编译期就已经确定了??

004011C4???mov?????????dword?ptr?[ebp-14h],offset?int?`RTTI?Type?Descriptor'?(00441e08)??

32:???????cout<<t.name()<<endl;??

004011CB???push????????offset?@ILT+35(std::endl)?(00401028)??

004011D0???mov?????????ecx,dword?ptr?[ebp-14h]??

从上面的程序，可以看出对于不是多态类型的，直接在编译器就解决了类型的确定，这样有利于减少程序的运行时间

对于多态类型（看看上面程序中注释掉部分代码在VS 2010中的反汇编代码）：

????????cout<<typeid(*ptr1).name()<<endl;??

00A451B4??mov?????????esi,esp????

00A451B6??mov?????????eax,dword?ptr?ds:[00A5132Ch]????

00A451BB??push????????eax????

00A451BC??mov?????????edi,esp????

00A451BE??push????????0A5027Ch????

00A451C3??mov?????????ecx,dword?ptr?[ptr1]????

00A451C6??push????????ecx????

;可以看出的是在这里调用了__RTtypeid函数，运行的时候来确定指针所指对象的真实类型??

00A451C7??call????????___RTtypeid?(0A414BAh)????

00A451CC??add?????????esp,4????

????????cout<<typeid(*ptr1).name()<<endl;??

从上面的汇编代码中可以看出的是对于类中有虚函数(多态)会在运行时决定类的类型

看看RTtypeid的实现吧

template<typename?T>??

const?TypeDescriptor?*__RTtypeid(const?T?*ptr)??

{??

????????if?(!ptr)?throw?new?std::bad_typeid("Attempted?a?typeid?of?NULL?pointer!");??

????????//获取指针把指对象的描述符，这里说明了一个问题，是对于多态类，里面会有一个指针指向这个描述符??

????????const?_s_RTTICompleteObjectLocator?*pCompleteLocator=GetCompleteObjectLocator(ptr);

????????//获取其描述信息??

????????TypeDescriptor?*pTypeDescriptor=pCompleteLocator->pTypeDescriptor;??

????????//如果未获取到，或者指针为空时，执行下面的逻辑??

????????if?(!pTypeDescriptor)?{??

????????????????throw?std::__non_rtti_object("Bad?read?pointer?-?no?RTTI?data!");??

????????}??

????????return?pTypeDescriptor;??

}??

这里的实现还是挺简单的，不是嘛:),其真实的实现原理是，每一个函数数类均有一个虚函数表，编译器会将类的vftable（包括它自己的和从基类继承的）的第一个函数指针前面插入一个指向_s_RTTICompleteObjectLocator结构的指针(描述类信息的指针)，这个结构中会存放该类的TypeDescriptor（上面的GetCompleteObjectLocator函数就是用来从vftable获得s_RTTICompleteObjectLocator结构的),因此，即使你将派生类的指针赋给基类的指针，你仍然可以利用上面的算法得到派生类的类型.

typeid关键字将类型信息存放在一个const type_info类中，看看这个类的具体源代码吧

class?type_info?{??

public:??

????????//析构函数??

????????_CRTIMP?virtual?~type_info();??

?????????//重载的==操作符??

????????_CRTIMP?int?operator==(const?type_info&?rhs)?const;??

????????//重载的!=操作符??

????????_CRTIMP?int?operator!=(const?type_info&?rhs)?const;??

?????????_CRTIMP?int?before(const?type_info&?rhs)?const;//用于type_info对象之间的排序算法??

????????//返回类的名字??

?????????_CRTIMP?const?char*?name()?const;??

?????????_CRTIMP?const?char*?raw_name()?const;//返回类名称的编码字符串??

private:??

?????????//各种存储数据成员??

????????void?*_m_data;??

????????char?_m_d_name[1];??

????????//将拷贝构造函数与赋值构造函数设为了私有??

????????type_info(const?type_info&?rhs);??

????????type_info&?operator=(const?type_info&?rhs);??

};??