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分类: C/C++

2014-05-13 23:59:34

RTTIC++的向下转型

1.什么是RTTI

RTTI “Runtime Type Information”的缩写,意思是:运行时类型信息。它提供了运行时确定对象类型的方法。允许用指向基类的指针或引用来操纵对象的程序能够获取到这些指针或引用所指对象的实际派生类型。在 c++中,为了支持 RTTI 提供了两个操作符 : 
    1 dynamic_cast 操作符:它允许在运行时刻进行类型转换,从而使程序能够在一个类层次结构中安全地转换类型安全的向下转型把基类指针转换成派生类指针,或把指向基类的左值转换成派生类的引用。当然只有在保证转换能够成功的情况下才可以;  
    2 typeid操作符:它指出指针或引用指向的对象的实际派生类型。  
    但是,对于要获得的派生类类型的信息,dynamic_cast 和 typeid操作符的操作数的类型必须是带有一个或多个虚拟函数的类类型,即对于带有虚拟函数的类而言,RTTI 操作符是运行时刻的事件,而对于其他类而言,它只是编译时刻的事件。

2. RTTI如何实现

     C++RTTI是最简单的,只能获得类名和相关的继承信息;而VBDelphiJava等确复杂得多,甚至于支持属性名、方法名、事件名等。


如图,C++使用type_info类的对象保存每个对象的相关信息如对象名称、对象类型等。而所谓RTTI就是在执行期取得对象的type_info所以C++采用了和虚函数同样的办法,使用vtable(通常为第一个slot)保存需要执行期获得type_info的对象的type_info对象地址。那么由pt指向的class objecttype_info可在执行期通过如下方式获得:

(type_info)*(type_info*)(pt->vptr[0]);

通过上述实现分析我们也可以知道,C++RTTI只能用于那些展现“多态”(内含虚函数)的类型有效。因为只有这样的类才有vtable

3. 向下转型

    将一个Base class对象的指针转为Derived class对象的指针或将Base class的左值转为Derived class的引用称为向下转型

注:不能讲Base class的对象转为Derived class的对象(除非定义相应转换操作符)。如下语句是错误的:

Base bobj;

Derived dobj=static_cast(bobj) ;//error,

Derived dobj=(Derived)(bobj) ;//error

但如下语句是正确的:

Derived dobj;

Base bobj=(Base)dobj;//正确,造成对象切割

Base bobj=static_cast(dobj);//正确,造成对象切割

向下转型示例:

(1) 基类指针转为子类指针

    Base bobj;

    Base *pb=&bobj;

    Derived *pd=(Derived*)pb;//方式一

Derived *pd=static_cast(pb);//方式二

   Derived *pd=dynamic_cast(pb);//方式三,只有Base class中有虚函数才能使用,否则编译错误(Derived class中有虚函数也不行)

(2) 基类左值转子类引用

    Base bobj;

Derived dobj;

Derived &dref=(Derived&)(bobj);//方式一

Derived &dref=static_cast(bobj);//方式二

Derived &dref=dynamic_cast(bobj);//方式三,只有Base class中有虚函数才能使用,否则编译错误(Derived class中有虚函数也不行)

(3) 基类左值转子类引用

   Derived dobj;

Base& bref=dobj;

Derived &dref=(Derived&)(bref);

Derived &dref=static_cast(bref);

Derived &dref=dynamic_cast(bref);

向下转型的隐患

向下转型有着潜在的危险,因为当基类指针指向的是基类对象,而将基类指针转为子类指针时,如果通过转换后的子类指针访问子类的专有成员,就会造成内存错误,因为实际指向的是基类对象,而基类对象中不存在这些成员。(引用转换类似)

4. 安全的向下转型——dynamic_cast<>()

所谓“安全的向下转型”即只有当Base class的指针确实指向Derived class对象时才能将其转为Derived class的指针。但是我们知道Base class的指针指向的对象类型在执行期是可以改变的(指向Base class对象或Derived class对象),所以要想保证向下转型的安全性,就必须在执行期Base class的指针有所查询,看看它所指向对象的真正类型。

dynamic_cast运算符可以在执行期确定指针指向的真正类型(前提是Base class中要有虚函数)。当对Base class的指针向下转型时,如果向下转型时安全的(也就是Base type pointer指向一个Derived class object),则这个运算符传回相应的Derived class指针,如果向下转型是不安全的,则这个运算符传回0.

当对Base class的引用向下转型时,如果向下转型时安全的(也就是Base type reference引用一个Derived class object),则这个运算符传回相应的Derived class引用,否则抛出一个bad_cast exception,而不是返回0. 不返回0的原因是,若将一个引用设为0,会使一个临时性对象产生出来,该临时性对象的初值为0,这个引用被设置为这个对象的别名。

dynamic_cast的成本

由于要在执行期获取对象类型信息(type_info),类似虚函数调用:

(type_info)*(type_info*)(pt->vptr[0]);

当使用dynamic_cast进行Base class指针向下转型时,dynamic_cast会采用这种方法获取Base class指针和Derived class指针指向对象的type_info对象,并将两个type_info对象中的类型描述器交给一个runtime library函数,比较之后告诉我们是否吻合。这显然比static_cast的开销昂贵的多,但是安全的多。

5. Typeid运算符

Typeid运算符传回一个type_info对象的const引用。

1. typeid操作符必须与表达式或类型名一起使用。例如,内置类型的表达式和常量可以被用作 typeid的操作数。

(1) 当操作数不是类类型时,typeid操作符会指出操作数的类型 此时type_info对象的引用是在编译期获得, 
        int iobj; 
        cout << typeid( iobj ).name() << endl; // 打印: int 
        cout << typeid( 8.16 ).name() << endl; // 打印: double 

(2) typeid操作符的操作数是类类型,但不是带有虚拟函数的类类型时,typeid操作符会指出操作数的类型,而不是底层对象的类型此时type_info对象的引用是在编译期获得,如   

       class Base { /* 没有虚拟函数 */ }; 
       class Derived : public Base { /* 没有虚拟函数 */ }; 
        Derived dobj; 
       Base *pb = &dobj; 
       cout << typeid( *pb ).name() << endl; // 打印class Base 

由于typeid操作符的操作数是 Base 类型的,即表达式*pb 的类型。 Base 不是一个带有虚拟函数的类类型,所以typeid的结果是Base。尽管 pb 指向的底层对象的类型是 Derived

(3) typeid操作符的操作数是类类型,且该类是带有虚拟函数的类类型时,typeid操作符会指出实际底层对象的类型此时type_info对象的引用是在执行期获得,如

class Base { /* 有虚拟函数 */ }; 

class Derived : public Base {}; 

Derived dobj; 

Base *pb = &dobj; 

cout << typeid( *pb ).name() << endl; // 打印class Derived 

2. 可以对 typeid的结果进行比较。例如  
     #include  
     employee *pe = new manager; 
     employee& re = *pe; 
 
     if ( typeid( pe ) == typeid( employee* ) ) // true 
     if ( typeid( pe ) == typeid( manager* ) ) // false 
     if ( typeid( pe ) == typeid( employee ) ) // false 
     if ( typeid( pe ) == typeid( manager ) ) // false 
     if语句的条件子句比较在一个表达式上应用typeid操作符的结果用在类型名操作数上的typeid操作符的结果。注意比较  
     typeid( pe ) == typeid( employee* )  的结果为true

这是因为操作数pe 是一个指针,而不是一个类类型。为了要获取到派生类类型 typeid的操作数必须是一个类类型(带有虚拟函数)。表达式 typeid(pe)指出pe 的类型,即指向employee 的指针,它与表达式 typeid(employee*)相等。而其他比较的结果都是false  
    当表达式*pe 被用在typeid上时,结果指出pe 指向的底层对象的类型  
    typeid( *pe ) == typeid( manager ) // true 
    typeid( *pe ) == typeid( employee ) // false 
      在这两个比较中,因为*pe 是一个类类型的表达式,该类带有虚拟函数,所以typeid的结果指出操作数所指的底层对象的类型,即manager  
   typeid操作符也可以被用在引用上。例如  
   typeid( re ) == typeid( manager ) // true 
   typeid( re ) == typeid( employee ) // false 
   typeid( &re ) == typeid( employee* ) // true 
   typeid( &re ) == typeid( manager* ) // false     

      在前两个比较中,操作数re 是带有虚拟函数的类类型。因此 typeid操作数的结果指出 re指向的底层对象的类型。在后两个比较中,操作数&re 是一个类型指针,因此 typeid操作符的结果指出操作数的类型,即 employee* 


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给主人留下些什么吧!~~

box0001012014-05-14 13:50:17

先记下来