C++運行時動態類型

RTTI

運行時類型識別（RTTI）的引入有三個作用：

1. 配合typeid操作符的實現；
2. 實現異常處理中catch的匹配過程；
3. 實現動態類型轉換dynamic_cast

typeid操作符的實現

靜態類型

C++中支持使用typeid關鍵字獲取對象類型信息，它的返回值類型是const std::type_info&，例

#include <typeinfo>
#include <cassert>
struct B {} b, c;
struct D : B {} d;
void test() {
    const std::type_info& tb = typeid(b); 
    const std::type_info& tc = typeid(c); 
    const std::type_info& td = typeid(d);
    assert(tb == tc);   // b和c具有相同的類型
    assert(&tb == &tc); // tb和tc引用的是相同的對象
    assert(tb != td);   // 雖然D是B的子類，但是b和d的類型卻不同
    assert(&tb != &td); // tb和td引用的是不同的對象
}

動態類型

當typeid的操作數引用的是一個動態類（含有虛函數的類） 類型時，它的返回值是被引用對象對應類型的const std::type_info&，例：

#include <typeinfo>
#include <cassert>
struct B { virtual void foo() {} };
struct C { virtual void bar() {} };
struct D : B, C {};
void test() {
    D d;
    B& rb = d;
    C& rc = d;
    assert(typeid(rb) == typeid(d));  // rb引用的類型與d相同
    assert(typeid(rb) == typeid(rc)); // rb引用的類型與rc引用的類型相同
}

編譯時可能還不知道rb或rc引用的類型，運行時怎么能判斷該返回基類還是派生類對應的類型信息對象呢？

首先我們看看虛表的結構，在虛函數指針前面有RTTI信息。

如果是含有虛函數，運行時便可以通過vptr找到“虛函數表”，而“虛函數表”之前的一個位置存放了需要的類型信息對象，typeid可以直接返回這里的類型信息對象引用即可。

實現異常處理中catch的匹配過程

catch的匹配過程也可利用與typeid相似的原理進行類型匹配判斷，此不再贅述。

動態類型轉換(dynamic_cast)

先上一個例子：

type_info對象里面會有整個繼承體系的信息(通過指針)，因此繼承關系可以通過此樹狀結構判斷，有了繼承關系，再遞歸從虛表中查找基類子對象在派生類中的偏移值，便可以確定最終返回地址。

• '# 4例子：
  通過pa找到_D的type_info，對比和C的type_info的不同，但是在type_info的指針里面找到C的type_info。加上C的type_info的通過偏移量，返回指針結果
• '# 2例子：
  通過pa找到D的type_info，和目標D的type_info相同，直接加上偏移量，返回指針

參考文獻

C/C++雜記：運行時類型識別（RTTI）與動態類型轉換原理