5第五讲——运行时类型识别

1、运行时类型识别运行时类型识别第五讲第五讲 运行时类型识别运行时类型识别 rtti的概念的概念 rtti的两种使用方法的两种使用方法合理使用合理使用rtti运行时类型识别运行时类型识别21989年，由于异常处理的引入，年，由于异常处理的引入，c+必须具有运必须具有运行时类型识别能力，于是导致了行时类型识别能力，于是导致了 rtti 机制的诞生。机制的诞生。rtti 机制不仅满足了异常处理的需要，还解决了虚机制不仅满足了异常处理的需要，还解决了虚函数的难题。函数的难题。“有了有了rtti 机制之后，系统就能在运行时查询机制之后，系统就能在运行时查询一个多态指针或引用指向的具体对象的类型了。一个多态

2、指针或引用指向的具体对象的类型了。”（lippman 语）语）rtti 机制的核心：机制的核心：typeid 运算符运算符 关于关于 rtti先激活先激活rtti：在在project 菜单中，菜单中，选选setting项，项，单击单击c/c+标签，标签，category列表中，列表中，选选c+ language,单击单击enable rtti后后 ok.运行时类型识别运行时类型识别 运行时类型识别（运行时类型识别（run-time type identification , rtti）是指）是指,在只有一个指向基类的指针或引用时，确在只有一个指向基类的指针或引用时，确定所指对象的准确类型的操作

3、。定所指对象的准确类型的操作。 一般情况下，虚函数机制并不需要一个类的确切一般情况下，虚函数机制并不需要一个类的确切类型，就可以实现对那种类型的对象实施正确行为。类型，就可以实现对那种类型的对象实施正确行为。但是，在很多情况下，虚函数无法克服本身的不能反但是，在很多情况下，虚函数无法克服本身的不能反映确切类型的局限。不可避免要对对象类型进行动态映确切类型的局限。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识别。判断，也就是动态类型的侦测识别。1. rtti的概念的概念运行时类型识别运行时类型识别 和很多其他语言一样，和很多其他语言一样，c+是一种静态类型语言。是一种静态类型语言。其数

4、据类型是在编译期就确定的，不能在运行时更改。其数据类型是在编译期就确定的，不能在运行时更改。然而由于面向对象程序设计中多态性的要求，然而由于面向对象程序设计中多态性的要求，c+中中的指针或引用的指针或引用(reference)本身的类型，可能与它实际本身的类型，可能与它实际代表代表(指向或引用指向或引用)的类型并不一致。我们往往需要将一的类型并不一致。我们往往需要将一个多态指针转换为其实际指向对象的类型，就需要知个多态指针转换为其实际指向对象的类型，就需要知道运行时的类型信息，这就产生了运行时类型识别的道运行时的类型信息，这就产生了运行时类型识别的要求。要求。 运行时类型识别运行时类型识别 上

5、面是一个典型的类继承关系图，基类在上，派生上面是一个典型的类继承关系图，基类在上，派生类向下生长。面向对象程序设计的一般目标就是用代类向下生长。面向对象程序设计的一般目标就是用代码管理指向基类的指针。所以如果想增加一个新类来码管理指向基类的指针。所以如果想增加一个新类来扩充程序（比如从扩充程序（比如从shape中派生出中派生出rhomboid），代码体），代码体部分并不受影响。部分并不受影响。 shape circle square triangle运行时类型识别运行时类型识别 在上例中，在上例中，shape接口部分的虚函数是接口部分的虚函数是draw(),其目其目的就是让用户通过一个的就是让

6、用户通过一个shape指针来调用指针来调用draw()，draw()在所有的派生类中都被重新定义。由于它是一在所有的派生类中都被重新定义。由于它是一个虚函数，所以即使是用一个个虚函数，所以即使是用一个shape()型的指针来调用型的指针来调用它，它仍然会被正确调用。创建一个特定的对象它，它仍然会被正确调用。创建一个特定的对象（circle、square、triangle），取其地址并把它映射），取其地址并把它映射到到shape*（忘掉对象的实际类型），然后在程序的其（忘掉对象的实际类型），然后在程序的其它地方使用这个匿名指针它地方使用这个匿名指针这种从多个派生类到基这种从多个派生类到基类的映射

7、叫做类的映射叫做向上映射向上映射。运行时类型识别运行时类型识别 假如在编程中遇到了特殊的需求，需要知道一假如在编程中遇到了特殊的需求，需要知道一个一般指针的准确类型，该怎么办？个一般指针的准确类型，该怎么办？ 比如，假设允许我们的用户将任一形状变成紫比如，假设允许我们的用户将任一形状变成紫色来表示加亮。用这种方法，他们可以发现屏幕上的色来表示加亮。用这种方法，他们可以发现屏幕上的所有三角形都被加亮。我们可能自然地想到用虚函数，所有三角形都被加亮。我们可能自然地想到用虚函数，像像turncolorifyouarea ( )，它允许一些种类颜色的枚，它允许一些种类颜色的枚举型参数和举型参数和sha

8、pe:circle、shape:square或或shape:triangle参数。参数。 运行时类型识别运行时类型识别 为了解决这种问题，多数类库设计者会把虚函为了解决这种问题，多数类库设计者会把虚函数放在基类中，使运行时返回特定对象的类型信息。数放在基类中，使运行时返回特定对象的类型信息。我们可能见过一些名字为我们可能见过一些名字为isa( )和和typeof() 之类的成之类的成员函数，这些就是开发商定义的员函数，这些就是开发商定义的rtti函数。使用这函数。使用这些函数，当处理一个对象列表时就可以说：些函数，当处理一个对象列表时就可以说：“如果这如果这个对象是个对象是triangle类的

9、，就把它变成紫色。类的，就把它变成紫色。”运行时类型识别运行时类型识别9使用使用typeid 运算符的前提：必须有运算符的前提：必须有typeinfo类的支持。类的支持。该类为所有的内置类型和多态类型的对象保存了运行时类型信该类为所有的内置类型和多态类型的对象保存了运行时类型信息。它息。它在头文件在头文件 中定义的。中定义的。常用该类的常用该类的四个成员函数四个成员函数：测试两个对象的类型是否相同测试两个对象的类型是否相同: bool operator =(const typeinfo &ob)const; bool operator !=(const typeinfo &ob

10、)const; 返回被测对象的类型名返回被测对象的类型名: const char * name()const;判断两个对象定义的前后关系：判断两个对象定义的前后关系： bool before(const typeinfo & ob)const;typeinfo类类运行时类型识别运行时类型识别10 typeid(对象名对象名/类型名类型名) : 返回一个返回一个typeinfo类的对象类的对象，记录着目标类的类型。记录着目标类的类型。 static_cast(源对象源对象):将对象静态转换为目将对象静态转换为目标类型标类型。 dynamic_cast(源对象源对象):若源对象若源对象与与

11、目标类目标类型型存在存在 is - a 关系，则完成转换，否则失败。关系，则完成转换，否则失败。 将父将父类的指针变为子类的指针。类的指针变为子类的指针。所涉及的运算符所涉及的运算符 运行时类型识别运行时类型识别 2. rtti的两种使用方法的两种使用方法: 使用使用rtti有两种方法。第一种就像有两种方法。第一种就像sizeof()，它看上就像一，它看上就像一个函数。但实际上它是由编译器实现的。个函数。但实际上它是由编译器实现的。typeid()带有一个参数，带有一个参数，它可以是一个对象引用或指针，返回全局它可以是一个对象引用或指针，返回全局typeinfo类的常量对象类的常量对象的一个引

12、用。可以用运算符的一个引用。可以用运算符“= =”和和“!=”来互相比较这些对象。来互相比较这些对象。也可以用也可以用name()来获得类型的名称。注意，如果给来获得类型的名称。注意，如果给typeid()传递传递一个一个shape*型参数，它会认为类型为型参数，它会认为类型为shape*，所以如果想知道，所以如果想知道一个指针所指对象的精确类型，我们必须逆向引用这个指针。一个指针所指对象的精确类型，我们必须逆向引用这个指针。比如，比如，s是个是个shape* ,那么：那么： cout typeid(*s).name()endl; 将显示出将显示出s所指向的对象类型。所指向的对象类型。运行时类

13、型识别运行时类型识别 为了保持一致性，为了保持一致性，typeid()也可以用于内部类型，也可以用于内部类型，所以下面的表达式结果为所以下面的表达式结果为true: typeid(47) = typeid(int) typeid(0) = typeid(int) int i; typeid(i) = typeid(int) typeid(&i) =typeid(int*)运行时类型识别运行时类型识别13可以用可以用typeid 检查基本类型和非多态类型：检查基本类型和非多态类型： #include #include #include using namespace std;typede

14、f unsigned int uint ;void func() cout typeid(uint).name()endl; cout typeid(string).name()endl;显示：显示：“unsigned int”“string”运行时类型识别运行时类型识别 rtti的第二个用法叫的第二个用法叫“安全类型向下映射安全类型向下映射”。之所以用之所以用“向下映射向下映射”这个词也是由于类继承的排列这个词也是由于类继承的排列顺序。如果映射一个顺序。如果映射一个circle*到到shape*叫叫向上映射向上映射的话，的话，那么将一个那么将一个shape*映射成一个映射成一个circle*

15、就叫就叫向下映射向下映射了。了。当然一个当然一个circle*也是一个也是一个shape*，编译器允许任意的，编译器允许任意的向上映射，但一个向上映射，但一个shape*不一定就是不一定就是circle*，所以编，所以编译器在没有明确的类型映射时并不允许我们完成一个译器在没有明确的类型映射时并不允许我们完成一个向下映射任务。向下映射任务。运行时类型识别运行时类型识别 向下映射的一般方法是：创建一个函数来试着将向下映射的一般方法是：创建一个函数来试着将shape*指派为一个指派为一个circle * (在本例中在本例中)，检查执行过程中的，检查执行过程中的数据类型。如果这个函数返回一个非空地址，

16、则成功；如数据类型。如果这个函数返回一个非空地址，则成功；如果返回果返回null，说明我们并没有一个，说明我们并没有一个circle*对象。对象。 c+的的rtti的的“安全类型向下映射安全类型向下映射”就是按照这种就是按照这种“试探映射试探映射”函数的格式，但它（非常合理地）用模板语函数的格式，但它（非常合理地）用模板语法来产生这个特殊的动态映射函数（法来产生这个特殊的动态映射函数（dynamic_cast）所以）所以本例变成：本例变成： shape* sp=new circle; circle* cp=dynamic_cast(sp); if(cp) cout“cast successfu

17、l”;运行时类型识别运行时类型识别 如果想算出各种如果想算出各种shape的数目，可以使用下面的的数目，可以使用下面的框架：框架： circle* cp=dynamic_cast(sh) square* sp=dynamic_cast(sh) triangle* tp=dynamic_cast(sh) 当然这是方法之一。我们还可以在各个类型中放当然这是方法之一。我们还可以在各个类型中放置一个静态数据成员，并在构造函数中对它自增计置一个静态数据成员，并在构造函数中对它自增计数。这样我们可以使用静态数据成员和动态映射两数。这样我们可以使用静态数据成员和动态映射两种方法结合起来计算种方法结合起来计算

18、shape的个数。的个数。运行时类型识别运行时类型识别 rtti允许我们用一个匿名的多态指针来发现类型允许我们用一个匿名的多态指针来发现类型信息，所以它常常被初学者滥用，因为它可能在虚函信息，所以它常常被初学者滥用，因为它可能在虚函数完成之前就有意义了。数完成之前就有意义了。 对于许多有过程编程背景的人来说，要他们不把对于许多有过程编程背景的人来说，要他们不把程序组织成为一组程序组织成为一组switch语句是非常困难的。他们可语句是非常困难的。他们可能会用能会用rtti完成这些，但这样会在代码开发维护阶段完成这些，但这样会在代码开发维护阶段丢失多态性的非常重要的价值。丢失多态性的非常重要的价值

19、。 c+的意图是：尽可能地使用虚函数，必要时才的意图是：尽可能地使用虚函数，必要时才使用使用rtti。运行时类型识别运行时类型识别 当然，要想充分使用虚函数，我们必须控制基当然，要想充分使用虚函数，我们必须控制基类的定义。但随着程序的扩大，我们可能发现基类类的定义。但随着程序的扩大，我们可能发现基类并没有我们想要的虚函数，如果基类来自类库或其并没有我们想要的虚函数，如果基类来自类库或其他由别人控制的来源，就可以用他由别人控制的来源，就可以用rtti作为一种解决作为一种解决办法：我们可以继承一个新类并加上我们的成员函办法：我们可以继承一个新类并加上我们的成员函数。在代码的其他地方我们可以检测到我

20、们的新增数。在代码的其他地方我们可以检测到我们的新增类型和调用的那个成员函数。这不会破坏多态性和类型和调用的那个成员函数。这不会破坏多态性和程序逻辑的可扩展性。程序逻辑的可扩展性。运行时类型识别运行时类型识别 rtti有时可以解决效率问题。如果代码用有时可以解决效率问题。如果代码用一种好的方法使用多态机制，但结果是这种通一种好的方法使用多态机制，但结果是这种通用代码对某个对象起反作用，使其运行效率低用代码对某个对象起反作用，使其运行效率低下。我们可以用下。我们可以用rtti将这种类型找出来，并将这种类型找出来，并写出针对特定情况的代码以提高效率。写出针对特定情况的代码以提高效率。运行时类型识别

21、运行时类型识别20dynamic_cast运算符可完成两个方向的转换：运算符可完成两个方向的转换： upcast : 能将派生类的指针、引用转换成基类类能将派生类的指针、引用转换成基类类型。（可以用类型兼容规则隐含的进行）型。（可以用类型兼容规则隐含的进行） downcast ：将基类的指针、引用转换成派生类：将基类的指针、引用转换成派生类类型。如果确属同一类族，且是公有派生，则转换成类型。如果确属同一类族，且是公有派生，则转换成功，否则失败，失败将抛出系统的功，否则失败，失败将抛出系统的bad_cast类型异类型异常。常。注意：注意： dynamic_cast只可转换指针或引用，不可只可转换

22、指针或引用，不可作用于对象。作用于对象。dynamic_cast运算符功能运算符功能 运行时类型识别运行时类型识别21 为了支持dynamic_cast运算符，系统必须维护一棵继承树，即base class table 模型。通过遍历该继承树来确定被转换对象和目标类型间是否存在 is-a 关系。这种“模糊匹配”的能力系统为之付出了时空代价，也正是rtti的魅力所在。而typeid和虚函数则属“精确匹配”，无需额外开销。dynamic_cast的机制的机制运行时类型识别运行时类型识别22先激活先激活rtti；对象所属类型必须是多态类族；对象所属类型必须是多态类族；若使用若使用dynamic_cast转换一个引用，则要使用异转换一个引用