前言

RTTI 是 Run Time Type Information 的縮寫，從字面上來理解就是執(zhí)行時(shí)期的類型信息，其重要作用就是動(dòng)態(tài)判別執(zhí)行時(shí)期的類型。

并不是說這篇文章是RTTI，和用于RTTI的四種類型轉(zhuǎn)換，而是介紹RTTI，再介紹一下4種類型轉(zhuǎn)換，因?yàn)镽TTI有用到其中一種類型轉(zhuǎn)換，所以相當(dāng)于兩篇文章寫在一起。

實(shí)際上 RTTI 用到的是typeid() 和 dynamic_cast()。

為什么會有RTTI？

C++是一種靜態(tài)類型語言，其數(shù)據(jù)類型是在編譯期就確定的，不能在運(yùn)行時(shí)更改。然而由于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中多態(tài)性的要求，C++中的指針或引用(Reference)本身的類型，可能與它實(shí)際代表(指向或引用)的類型并不一致。有時(shí)我們需要將一個(gè)多態(tài)指針轉(zhuǎn)換為其實(shí)際指向?qū)ο蟮念愋?，就需要知道運(yùn)行時(shí)的類型信息，這就產(chǎn)生了運(yùn)行時(shí)類型識別的要求。

實(shí)事求是地講，RTTI是有用的。 但因?yàn)橐恍├碚撋霞胺椒ㄕ撋系脑?，它破壞了面向?qū)ο蟮募儩嵭浴?/p>

首先， 它破壞了抽象，使一些本來不應(yīng)該被使用的方法和屬性被不正確地使用。

其次，因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)類型的不確定性，它把程序變得更脆弱。

第三點(diǎn)，也是最重要的一點(diǎn)，它使程序缺乏擴(kuò)展性。 當(dāng)加入了一個(gè)新的類型時(shí)，你也許需要仔細(xì)閱讀你的dynamic_cast的代碼，必要時(shí)改動(dòng)它們，以保證這個(gè)新的類型的加入不會導(dǎo)致問題。 而在這個(gè)過程中，編譯器將不會給你任何幫助。

總的來說，RTTI 因?yàn)樗姆椒ㄕ撋系囊恍┤秉c(diǎn)，它必須被非常謹(jǐn)慎地使用。 今天面向?qū)ο笳Z言的類型系統(tǒng)中的很多東西就是產(chǎn)生于避免RTTI的各種努力。

首先我們來個(gè)例子感受一下:

#include<iostream>
#include<typeinfo>
using namespace std;

class Base
{
public:
 virtual void funcA() { cout << "Base" << endl; }
};

class Derived : public Base
{
public:
 virtual void funcB() { cout << "Derived" << endl; }
};

void funcC(Base* p)
{
 Derived* dp = dynamic_cast<Derived*>(p);
 if (dp != NULL) {
  dp->funcB();
 }
 else {
  p->funcA();
 }
};

void funcD(Base* p)
{
 Derived* dp = NULL;
 if (typeid(*p) == typeid(Derived))
 {
  dp = static_cast<Derived*>(p);
  dp->funcB();
 }
 else {
  p->funcA();
 }
}

int main(int argc, char const* argv[])
{
 Base* p = new Derived;
 cout << typeid(p).name() << endl;
 cout << typeid(*p).name() << endl;
 funcD(p);
 funcC(p);
 delete p;

 Base* dp = new Base;
 funcC(dp);
 funcD(dp);
 delete dp;
 return 0;
}

funcC是用dynamic_cast類型轉(zhuǎn)換是否成功來識別類型的，dynamic_cast操作符將基類類型對象的引用或指針轉(zhuǎn)化為同一繼承層次中的其他類型的引用或指針。

• 如果綁定到引用或指針的對象不是目標(biāo)類型的對象，則dynamic_cast失敗。
• 如果轉(zhuǎn)換到指針類型的dynamic_cast失敗，則dynamic_cast的結(jié)果是NULL值;
• 如果轉(zhuǎn)換到引用類型的dynamic_cast失敗， 則拋出一個(gè)bad_cast類型的異常

funcD是用typeid判斷基類地址是否一致的辦法來識別類型的。

typeid

下面我們具體說說 typeid

typeid是C++的關(guān)鍵字之一, 等同于sizeof這類operator。 typeid 操作符的返回結(jié)果是名為 type_info的標(biāo)準(zhǔn)庫類型的對象的引用，在頭文件typeinfo 中定義。 有兩種形式:

• typeid(type)
• typeid(expression)
  

表達(dá)式的類型是類類型，且至少含有一個(gè)虛函數(shù)，則typeid操作符返回表達(dá)式的動(dòng)態(tài)類型，需要在運(yùn)行時(shí)計(jì)算，否則返回表達(dá)式的靜態(tài)類型，在編譯時(shí)就可以計(jì)算。

C++標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其實(shí)現(xiàn)必須提供如下四種操作:

• t1 == t2: 如果兩個(gè)對象t1和t2類型相同，則返回true;否則返回false
• t1 != t2: 如果兩個(gè)對象t1和t2類型不同，則返回true;否則返回false
• t.name(): 返回類型的c-style字符串，類型名字用系統(tǒng)相關(guān)的方法產(chǎn)生
• t1.before(t2): 返回指出t1是否出現(xiàn)在t2之前 的bool值
  

type_info類提供了public虛析構(gòu)函數(shù)，以使用戶能夠用其作為基類。它的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)和復(fù)制構(gòu)造函數(shù)及賦值操作符都定義為private，所以不能定義或復(fù)制type_info 類型的對象。 程序中創(chuàng)建type_info對象的唯一方法是使用typeid操作符。 由此可見，如果把typeid看作函數(shù)的話，其應(yīng)該是type_info的友元。 這具體由編譯器的實(shí)現(xiàn)所決定，標(biāo)準(zhǔn)只要求實(shí)現(xiàn)為每個(gè)類型返回唯一的字符串。

例1: C++里面的typeid運(yùn)箕符返回值是什么？

答: 常量對象的引用。

如果p是基類指針，并且指向一個(gè)派生類型的對象，并且基類中有虛函數(shù)，那么typeid(*p)返回p所指向的派生類類型，typeid(p)返回基類類型。

RTTI的實(shí)現(xiàn)原理: 通過在虛表中放一個(gè)額外的指針，每個(gè)新類只產(chǎn)生一個(gè)typeinfo實(shí)例，額外指針指向typeinfo, typeid返回對它的一個(gè)引用。

static_cast

static_cast < new_type > ( expression )

本來應(yīng)該先討論dynamic_cast的，因?yàn)樵蹅儽緛砹牡腞TTI嘛，但是先了解一下static_cast，然后看和dynamic_cast的比較可能更好一點(diǎn)。

使用場景:

1. 基本數(shù)據(jù)類型之間的轉(zhuǎn)換
2. initializing conversion
   

int n = static_cast<int>(3.14);
cout << "n = " << n << '\n';
vector<int> v = static_cast<vector<int>>(10);
cout << "v.size() = " << v.size() << '\n';

1. 類指針或引用向下轉(zhuǎn)換。
2. 將類型轉(zhuǎn)為右值類型，進(jìn)行move操作，這個(gè)在標(biāo)準(zhǔn)庫中有體現(xiàn)（放在下一篇文章中解釋）
   

vector<int> v = static_cast<vector<int>>(10);
vector<int> v2 = static_cast<vector<int>&&>(v);
cout << "after move, v.size() = " << v.size() << '\n';
cout << v.size() << endl;

子類數(shù)組指針向上轉(zhuǎn)成父類的指針

struct B {
 int m = 0;
 void hello() const {
  cout << "Hello world, this is B!\n";
 }
};
struct D : B {
 void hello() const {
  cout << "Hello world, this is D!\n";
 }
};

D a[10];
B* dp = static_cast<B*>(a);
dp->hello();

枚舉轉(zhuǎn)換成int or float

enum E { ONE = 1, TWO, THREE };
E e = E::ONE;
int one = static_cast<int>(e);
cout << one << '\n';

int to enum, enum to another emum

enum class E { ONE = 1, TWO, THREE };
enum EU { ONE = 1, TWO, THREE };

E e = E::ONE;
int one = static_cast<int>(e);
E e2 = static_cast<E>(one);
EU eu = static_cast<EU>(e2);

void* to any type

int a = 100;
void* voidp = &a;
int *p = static_cast<int*>(voidp);

注意：

1. static_cast不能轉(zhuǎn)換掉expression的const、volatile和__unaligned屬性,
2. 編譯器隱式執(zhí)行任何類型轉(zhuǎn)換都可由static_cast顯示完成
   

dynamic_cast

dynamic_cast < new-type > ( expression )

接下來是dynamic_cast:

動(dòng)態(tài)映射可以映射到中間層級，將派生類映射到任何一個(gè)基類，然后在基類之間可以相互映射。

dynamic_cast實(shí)現(xiàn)原理: 先恢復(fù)源指針的RTTI信息，再取目標(biāo)的RTTT信息，比較兩者是否相同，不同取目標(biāo)類型的基類; 由于它需要檢查一長串基類列表，故動(dòng)態(tài)映射的開銷比typeid大。

dynamic_cast的安全性: 如實(shí)現(xiàn)原理所說，dynamic_cast會做一系列的類型檢查，轉(zhuǎn)換成功會返回目標(biāo)類型指針，失敗則會返回NULL, 相對于static_cast安全，因?yàn)?static_cast即使轉(zhuǎn)換失敗也不會返回NULL。

例2: 這種情況下 static_cast() 也是安全的。

class Base
{
public:
 void func() { cout << "Base func" << endl; }
};

class Derived : public Base
{
public:
 void func() { cout << "Derived func" << endl; }
};

int main(int argc, char const* argv[])
{
 Derived *pd = new Derived;
 pd->func();
 Base* pb1 = dynamic_cast<Base*>(pd);
 pb1->func();
 Base* pb2 = static_cast<Base*>(pd);
 pb2->func();
 return 0;
}

pd 指針指向的內(nèi)存是子類對象，我們知道，繼承子類是包含父類的，相當(dāng)于在父類的基礎(chǔ)上在添加子類的成員（如果你還不清楚的話，建議你看一下我之前的文章: 虛函數(shù)，虛表深度剖析）。 所以pd指針轉(zhuǎn)成父類指針也是沒問題的，static_cast也一樣安全。

相反，如果指針指向的內(nèi)存是父類成員，轉(zhuǎn)成子類指針，dynamic_cast 則會失敗，返回NULL, 但是static_cast不會失敗，強(qiáng)制轉(zhuǎn)過去了，如果此時(shí)子類指針訪問父類中不存在，但是子類中存在的成員，則會發(fā)生意想不到的問題。

看下面這個(gè)例子:

class Base
{
public:
 virtual void func() { cout << "Base func" << endl; }
};

class Derived : public Base
{
public:
 virtual void func() { cout << "Derived func" << endl; }
 int m_value = 0;
};

int main(int argc, char const* argv[])
{
 Base *pb = new Base;
 pb->func();
 Derived* pd1 = dynamic_cast<Derived*>(pb);
 if (pd1 != NULL) {
  pd1->func();
 } else {
  cout << "dynamic_cast failed" << endl;
 }
 Derived* pd2 = static_cast<Derived*>(pb);
 pd2->func();
 cout << "m_value: " << pd2->m_value << endl;
 return 0;
}

輸出:

Base func
dynamic_cast failed
Base func  // 父類中也有這個(gè)虛函數(shù)，所以static_cast轉(zhuǎn)換調(diào)用沒出問題。
m_value: -33686019  // 這里出問題了

對于上行轉(zhuǎn)換，static_cast 和 dynamic_cast 效果一樣，都安全, 如果只是單純的向上轉(zhuǎn)的話，沒必要，直接用虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)就好了。

對于下行轉(zhuǎn)換: 你必須確定要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)確實(shí)是目標(biāo)類型的數(shù)據(jù)，即需要注意要轉(zhuǎn)換的父類類型指針是否真的指向子類對象，如果是，static_cast和dynamic_cast都能成功；如果不是static_cast能返回，但是不安全，可能會出現(xiàn)訪問越界錯(cuò)誤，而dynamic_cast在運(yùn)行時(shí)類型檢查過程中，判定該過程不能轉(zhuǎn)換，返回NULL。

const_cast

const_cast < new_type > ( expression )

上面講了static_cast是不能去掉 const，而 const_cast是專門用來去掉 const。

而添加const, static_cast 也是可以添加上 const，只是不能去掉const

看下面一個(gè)例子:

const int a = 26;
const int* pa = &a;
//*pa = 3; // 編譯不過，指針常量不能通過指針修改值

int* b = const_cast<int*>(pa); // 把const轉(zhuǎn)換掉
*b = 3;

cout << "a: " << a << endl; // 26
cout << "*b: " << *b << endl; // 3

a 為 const int 類型，不可修改，pa 為 const int* 類型，不能通過pa指針修改a的值

b 通過 const_cast 轉(zhuǎn)換掉了const，成功修改了 a 的值。

有一個(gè)問題，為什么a輸出是26呢？

如果存在const int x = 26; 這種情況，那么編譯器會認(rèn)為x是一個(gè)編譯期可計(jì)算出結(jié)果的常量，那么x就會像宏定義一樣，用到x的地方會被編譯器替換成26。

上述這個(gè)例子不建議使用，因?yàn)?a 聲明為 const int 類型，實(shí)際上是并不希望被修改的，這樣強(qiáng)行修改可能會導(dǎo)致項(xiàng)目里不可預(yù)期的錯(cuò)誤。

const_cast 的使用場景

如果有一個(gè)函數(shù)，它的形參是non-const類型變量，而且函數(shù)不會對實(shí)參的值進(jìn)行改動(dòng)，這時(shí)我們可以使用類型為const的變量來調(diào)用函數(shù)。

void func(int* a)
{ }

int main()
{
  const int a = 26;
  const int* pa = &a;
  func(const_cast<int*>(pa));
}

這種情況其實(shí)我覺得沒必要，實(shí)際上我不想改的話，我形參加 const，把前提推翻不就行了，還安全。

定義了一個(gè)non-const的變量，卻使用了一個(gè)指向const值的指針來指向它（這不是沒事找事嘛），在程序的某處我們想改變這個(gè)變量的值了，但手頭只持有指針，這時(shí)const_cast就可以用到了

int a = 26;
const int* pa = &a;
// *pa = 1; 編譯不過
int* pa2 = const_cast<int*>(pa);
*pa2 = 1;

reinterpret_cast

reinterpret_cast < new_type > ( expression )

reinterpret_ cast 通常為操作數(shù)的位模式提供較低層的重新解釋。

看這個(gè)例子:

int n = 9; double d = static_cast<double>(n); 
cout << n << " " << d; // 輸出9 9

int n2 = 9; double d2 = reinterpret_cast<double&>(n2);
cout << n2 << " " << d2; // 輸出9 -9.25596e+61

上面的例子中，我們將一個(gè)變址從int 轉(zhuǎn)換到 double。這些類型的二進(jìn)制表達(dá)式是不同的。要將整數(shù)9轉(zhuǎn)換到雙精度整數(shù)9, static_cast需要正確地為雙精度整數(shù)d補(bǔ)足比特位。其結(jié)果為9.0。

而 reinterpret_cast 的行為卻不同，僅僅是把內(nèi)存拷貝到目標(biāo)空間，解釋出來是一個(gè)大數(shù)。

reinterpret_cast這個(gè)操作符被用于的類型轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換結(jié)果幾乎都是未知的。

使用 reinterpret_cast 的代碼很難移植。轉(zhuǎn)換函數(shù)指針的代碼是不可移植的，（C++不保證所有的函數(shù)指針都被用一樣的方法表示），在一些情況下這樣的轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生不正確的結(jié)果。 所以應(yīng)該避免轉(zhuǎn)換函數(shù)指針類型，按照C++新思維的話來說，reinterpret_cast 是為了映射到一個(gè)完全不同類型的意思，這個(gè)關(guān)鍵詞在我們需要把類型映射回原有類型時(shí)用到它。
我們映射到的類型僅僅是為了故弄玄虛和其他目的，這是所有映射中最危險(xiǎn)的。reinterpret_cast就是一把銳利無比的雙刃劍，除非你處于背水一戰(zhàn)和火燒眉毛的危急時(shí)刻，否則絕不能使用。

其實(shí) reinterpret_cast 用法細(xì)節(jié)還有不少，什么時(shí)候需要用到，再去官方了解一下就好了，現(xiàn)在糾的太細(xì)意義不大。

總結(jié)

到此這篇關(guān)于C++ RTTI與4種類型轉(zhuǎn)換的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ RTTI與類型轉(zhuǎn)換內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！