C++ 函数语义学——RTTI（运行时类型识别）回顾与存储位置简介

RTTI（运行时类型识别）回顾与存储位置简介

1. RTTI(运行时类型识别)简单回顾

RTTI（运行时类型识别）是C++提供的一种机制，用于在运行时识别对象的类型。RTTI主要包括两个操作：

• typeid 操作符：用于获取对象的类型信息。
• dynamic_cast 操作符：用于在继承层次中安全地进行类型转换。

示例代码

#include <iostream>
#include <typeinfo>class Base {
public:virtual ~Base() = default;
};class Derived : public Base {};int main() {Base* b = new Derived();// 使用 typeid 获取类型信息std::cout << "Type of b: " << typeid(*b).name() << std::endl;// 使用 dynamic_cast 进行类型转换Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b);if (d) {std::cout << "b is of type Derived" << std::endl;} else {std::cout << "b is not of type Derived" << std::endl;}delete b;return 0;
}

运行结果

Type of b: 7Derived
b is of type Derived

解释

• typeid 操作符：typeid(*b).name()返回一个表示 b 所指向对象类型的字符串。在这个例子中，输出结果是 7Derived，表示 b 指向的是 Derived 类型的对象。7 表示类型名称的长度，Derived 是类型的实际名称。

• dynamic_cast 操作符：dynamic_cast(b) 尝试将 b 转换为 Derived*类型。如果转换成功，返回非空指针；否则，返回空指针。在这个例子中，转换成功，所以输出 b is of type Derived。

2. RTTI 实现原理

RTTI 的实现依赖于虚函数表（vtbl）和虚指针（vptr）。每个多态类对象都有一个指向虚函数表的指针（vptr），虚函数表中包含了指向虚函数的指针以及类型信息（type_info）。

详细解释

• vptr（虚指针）：每个多态类对象都有一个隐藏的指针，指向该对象的虚函数表。vptr 在对象构造时被初始化。

• vtbl（虚函数表）：虚函数表是一个指针数组，包含了类的虚函数指针和类型信息。每个多态类都有一个唯一的虚函数表。

• type_info：type_info 是一个包含类型信息的结构体。编译器在编译时为每个多态类生成一个 type_info 对象，并在运行时通过虚函数表访问它。

3. vptr、vtbl与 RTTI 的 type_info 信息创建时机

• vptr（虚指针）：虚函数指针 vptr 是跟着对象走的，对象创建出来了，才存在vptr 。vptr也是属于类中的一个成员变量，它是编译器在编译的时候就插进去的，然后vptr的赋值就是在程序运行起来后，程序员创建一个对象的时候，执行编译器插入到构造函数中的赋值代码时才给vptr赋值的，让其指向该类所属的虚函数表。
• vtbl（虚函数表）：虚函数表vtbl是在编译期间就确定好的，跟着类走。
• type_info：RTTI 的 type_info信息实际上也是编译期间就创建好的。程序员能做的事情就是去读取这些信息。所以不难发现，不管生成多少个类对象，取得的type_info所指向的地址都是相同的。也就是说，这个信息也是基于类的。

总结

• RTTI：运行时类型识别用于在运行时识别对象的类型，主要通过 typeid 和 dynamic_cast 操作符实现。
• 实现原理：RTTI 依赖于虚函数表（vtbl）和虚指针（vptr），通过它们在运行时获取类型信息。
• **type_info **：编译器在编译时为每个多态类生成一个 type_info 对象，并在运行时通过虚函数表访问它。