RTTI使用

RTTI提供了以下兩個非常有用的操作符：
（1）typeid操作符，返回指針和引用所指的實際類型。
（2）dynamic_cast操作符，將基類類型的指針或引用安全地轉換爲派生類型的指針或引用。
面向對象的編程語言，象C++，Java，delphi都提供了對RTTI的支持。 本文將簡略介紹 RTTI 的一些背景知識、描述 RTTI 的概念，並通過具體例子和代碼介紹什麼時候使用以及如何使用 RTTI；本文還將詳細描述兩個重要的 RTTI 運算符的使用方法，它們是 typeid 和dynamic_cast。
其實，RTTI 在C++中並不是什麼新的東西，它早在十多年以前就已經出現了。但是大多數開發人員，包括許多高層次的C++程序員對它並不怎麼熟悉，更不用說使用 RTTI 來設計和編寫應用程序了。
一些面向對象專家在傳播自己的設計理念時，大多都主張在設計和開發中明智地使用虛擬成員函數，而不用 RTTI 機制。但是，在很多情況下，虛擬函數無法克服本身的侷限。每每涉及到處理異類容器和根基類層次（如 MFC）時，不可避免要對對象類型進行動態判斷，也就是動態類型的偵測。如何確定對象的動態類型呢？答案是使用內建的 RTTI 中的運算符：typeid 和 dynamic_cast。
在C++中存在虛函數，也就存在了多態性，對於多態性的對象，在程序編譯時可能會出現無法確定對象的類型的情況。當類中含有虛函數時，其基類的指針就可以指向任何派生類的對象，這時就有可能不知道基類指針到底指向的是哪個對象的情況，類型的確定要在運行時利用運行時類型標識做出。爲了獲得一個對象的類型可以使用typeid函數，該函數反回一個對type_info類對象的引用，要使用typeid必須使用頭文件<typeinfo>，因爲typeid是一個返回類型爲typ_info的引用的函數所以這裏有必要先介紹一下type_info類
typeid函數
該函數的主要作用就是讓用戶知道當前的變量是什麼類型的，比如使用typeid(a).name()就能知道變量a是什麼類型的。因爲typeid()函數是一個返回類型爲const typeid_info&類型的函數，所以下面先對type_info類作下介紹
type_info類
該類的具體實現方式依編譯器而定，但一般都有如下的成員定義
class type_info
{private:
type_info(const type_info &);
type_info& operator =(const type_info&); //type_info類的複製構造函數和賦值運算符是私有的。
public:
virtual ~type_info(); //析構函數
bool operator = =(const type_info&) const; //在type_info類中重載了= =運算符,該運算符可以比較兩個對象的類型是否相等。
bool operator !=(const type_info&)const; //重載的!=運算符，以比較兩個對象的類型是否不相等
const char * name() const; //使用得較多的成員函數name，該函數反回對象的類型的名字。前面使用的typeid(a).name()就調用了該成員函數
bool before(const type_info&);};
因爲type_info類的複製構造函數和賦值運算符都是私有的，所以不允許用戶自已創建type_info的類，比如type_info A;錯誤，沒有默認的構造函數。唯一要使用type_info類的方法就是使用typeid函數。
typeid函數怎樣創建type_info類的對象
該函數返回type_info類對象的引用，即形式爲const type_info& typeid();因此也可以說typeid函數是type_info類的一個引用對象，可以訪問type_info類的成員。但因爲不能創建type_info類的對象，而typeid又必須返回一個類型爲type_info類型的對象的引用，所以怎樣在typeid函數中創建一個type_info類的對象以便讓函數返回type_info類對象的引用就成了問題。這可能是把typid函數聲明爲了type_info類的友元函數來實現的，默認構造函數是私有的並不能阻止該類的友元函數創建該類的對象。所以typeid函數如果是友元的話就可以訪問type_info類的私有成員，從而可以創建type_info類的對象，從而可以創建反回類型爲type_info類的引用。舉個例子class A{private:A(){} A(const A&){} A& operator =(const A&){} friend A& f();};這裏把類A的默認構造函數，複製構造函數和賦值操作符定爲私有從而防止創建類A的對象，但函數f()是類A的友元，所以在函數f()中可以創建類A的對象。同時爲了實現函數f()返回的對象類型是A的引用，就必須在函數f中創建一個類A的對象以作爲函數f的返回值，比如函數f可以這樣定義A& f(){A ma; cout<<”f”<<endl; return ma}。
因爲typeid函數是type_info類的對象，也就是說可以用該函數訪問type_info類的成員，即type_info類中重載的= =和!=運算符，name()和before()成員函數，比如typid(a).name()和typid(a) == typid(b)等等。
typeid函數的使用原理
該函數的形式爲type_info& typeid(object)其中object是任何類型的對象，可以是內置類型和用戶創建的類類型。可以看出typeid即是一個函數，同時他也是type_info類的對象，即typeid可以訪問類type_info類的成員，也可以做爲一個單獨的函數來使用。做個簡單的例子，比如
class A{private: A(){b=3;cout<<”A”<<endl;} //私有的默認構造函數
public: void name(){cout<<”NA”<<endl;} int b;
friend A f();}; //函數f()是類A的友元，因此在f中可以創建類A的對象。
A f() //函數f()在這裏即是類A的一個對象，也是一個單獨的函數。
{ A m; //創建類A的對象，因爲函數f是類A的友元，因此可以創建類A的對象
cout<<”F”<<endl; return m;}
main()
{ f().name(); //函數f()作爲類A的對象使用，這裏要注意程序的執行順序，首先執行函數f()中的語句A m，因此調用類A的默認構造函數輸出A，然後執行A m;後面的語句，輸出F，再然後調用類A中的成員函數name輸出NA.
f(); } //函數f()單獨作爲函數使用。
我們創建一個類A，其中A的默認構造函數是私有的，也就是說不能用默認構造函數創建類A的對象。函數f()是類A的友元，且返回一個類A的對象，因爲f()函數是類A的友元，所以在函數f中可以用默認構造函數創建類A的對象，這時函數f()同時是一個函數，也是類A的對象，因此也可以訪問類A中的成員。
typeid函數使用方式
、使用type_info類中的name()成員函數反回對象的類型的名稱。其方法爲：typeid(object).name()其中object是要顯示的對象的類型名，該函數反回的名字因編譯器而定。這裏要注意的就是使用方式一中提到的虛函數類型的問題，即如果有類A，且有虛函數，類B，C，D都是從類A派生的，且都重定義了類A中的虛函數，這時有類A的指針p，再把對象類B的對象的地址賦給指針p，則typeid(p).name()將反回的類型將是A*，因爲這裏的p表示的是一個指針，該指針是類型爲A的指針，所以反回A*，而typeid(*p).name()將反回B，因爲指針p是指向類B的對象的，而*p就表示的是類B的對象的類型，所以返回B。
2）、使用type_info類中重載的= =與!=比較兩個對象的類型是否相等。使用該方法需要調用類type_info中重載的= =和!=操作符，其使用方法爲typid(object1)= =typid(object2);如果兩個對象的類型相等則反回1，如果不相等則爲0。這種使用方法通常用於比較兩個帶有虛函數的類的對象是否相等，比如有類A，其中定義有虛函數，而類B，類C，類D，都是從類A派生而來的且重定義了該虛函數，這時有個類A的指針p和p1，按照虛函數的原理，基類的指針可以指向任何派生類的對象，在這時就有可能需要比較兩個指針是否指向同一個對象，這時就可以這樣使用typeid了，typeid(*p)= =typeid(*p1);這裏要注意的是typeid(*p)與typeid(p)是指的不同的對象類型，typeid(p)表示的是p的類型，在這裏p是一個指針，這個指針指向的是類A的對象，所以p的類型是A*，而typeid(*p)則不一樣，*p表示的是指針p實際所指的對象的類型，比如這裏的指針p指向派生類B，則typeid(*p)的類型爲B。所以在測試兩個指針的類型是否是相等時應使用*p，即typeid(*p)= =typeid(*p1)。如果是typeid(p)= =typeid(p1)的話，則無論指針p和p1指向的什麼派生類對象，他們都是相等的，因爲都是A *的類型。
強制類型轉換運算符
C++有四種強制類型轉換符，分別是dynamic_cast，const_cast，static_cast，reinterpret_cast。其中dynamic_cast與運行時類型轉換密切相關，在這裏我們介紹dynamic_cast。
dynamic_cast強制轉換運算

該轉換符用於將一個指向派生類的基類指針或引用轉換爲派生類的指針或引用，注意dynamic_cast轉換符只能用於含有虛函數的類，其表達式爲dynamic_cast<類型>(表達式)，其中的類型是指把表達式要轉換成的目標類型，比如含有虛函數的基類B和從基類B派生出的派生類D，則B *pb; D *pd, md; pb=&md; pd=dynamic<D*>(pb); 最後一條語句表示把指向派生類D的基類指針pb轉換爲派生類D的指針，然後將這個指針賦給派生類D的指針pd，有人可能會覺得這樣做沒有意義，既然指針pd要指向派生類爲什麼不pd=&md;這樣做更直接呢？有些時候我們需要強制轉換，比如如果指向派生類的基類指針B想訪問派生類D中的除虛函數之外的成員時就需要把該指針轉換爲指向派生類D的指針，以達到訪問派生類D中特有的成員的目的，比如派生類D中含有特有的成員函數g()，這時可以這樣來訪問該成員dynamic_cast<D*>(pb)->g();因爲dynamic_cast轉換後的結果是一個指向派生類的指針，所以可以這樣訪問派生類中特有的成員。但是該語句不影響原來的指針的類型，即基類指針pb仍然是指向基類B的。如果單獨使用該指針仍然不能訪問派生類中特有的成員。一般情況下不推見這樣使用dynamic_cast轉換符，因爲dynamic_cast的轉換並不會總是成功的，具體情況在後面介紹。
dynamic_cast的注意事項
dynamic_cast轉換符只能用於指針或者引用。dynamic_cast轉換符只能用於含有虛函數的類。dynamic_cast轉換操作符在執行類型轉換時首先將檢查能否成功轉換，如果能成功轉換則轉換之，如果轉換失敗，如果是指針則反回一個0值，如果是轉換的是引用，則拋出一個bad_cast異常，所以在使用dynamic_cast轉換之間應使用if語句對其轉換成功與否進行測試，比如pd=dynamic_cast<D*>(pb); if(pd){…}else{…}，或者這樣測試if(dynamic_cast<D*>(pb)){…}else{…}。
2typeid的注意事項
使用 typeid 要注意一個問題，那就是某些編譯器（如 Visual C++）默認狀態是禁用 RTTI 的，目的是消除性能上的開銷。如果你的程序確實使用了 RTTI，一定要記住在編譯前啓用 RTTI。(vc6.0啓用方式：project－>setting－>c/c++－>category->c++ Language 下面第二個複選框選中)。使用 typeid 可能產生一些將來的維護問題。假設你決定擴展上述的類層次，從MediaFile 派生另一個叫 LocalizeMedia 的類，用這個類表示帶有不同語言說明文字的媒體文件。但 LocalizeMedia 本質上還是個 MediaFile 類型的文件。因此，當用戶在該類文件圖標上單擊右鍵時，文件管理器必須提供一個“播放”菜單。可惜 build()成員函數會調用失敗，原因是你沒有檢查這種特定的文件類型。爲了解決這個問題，你必須象下面這樣對 build() 打補丁：
void menu::build(const File * pfile)
{
else if (typeid(*pfile)==typeid(LocalizedMedia))
{
add_option("play");
}
}
唉，這種做法真是顯得太業餘了，以後每次添加新的類，毫無疑問都必須打類似的補丁。顯然，這不是一個理想的解決方案。這個時候我們就要用到 dynamic_cast，這個運算符用於多態編程中保證在運行時發生正確的轉換（即編譯器無法驗證是否發生正確的轉換）。用它來確定某個對象是 MediaFile 對象還是它的派生類對象。dynamic_cast 常用於從多態編程基類指針向派生類指針的向下類型轉換。它有兩個參數：一個是類型名；另一個是多態對象的指針或引用。其功能是在運行時將對象強制轉換爲目標類型並返回布爾型結果。也就是說，如果該函數成功地並且是動態的將 *pfile 強制轉換爲 MediaFile，那麼 pfile的動態類型是 MediaFile 或者是它的派生類。否則，pfile 則爲其它的類型：
void menu::build(const File * pfile)
{
if (dynamic_cast <MediaFile *> (pfile))
{
// pfile 是 MediaFile 或者是MediaFile的派生類 LocalizedMedia
add_option("play");
}
else if (dynamic_cast <TextFile*> (pfile))
{
// pfile 是 TextFile 是TextFile的派生類
add_option("edit");
}
}
細細想一下，雖然使用 dynamic_cast 確實很好地解決了我們的問題，但也需要我們付出代價，那就是與 typeid 相比，dynamic_cast 不是一個常量時間的操作。爲了確定是否能完成強制類型轉換，dynamic_cast`必須在運行時進行一些轉換細節操作。因此在使用 dynamic_cast 操作時，應該權衡對性能的影響。