C++运行时动态类型

RTTI

运行时类型识别（RTTI）的引入有三个作用：

1. 配合typeid操作符的实现；
2. 实现异常处理中catch的匹配过程；
3. 实现动态类型转换dynamic_cast

typeid操作符的实现

静态类型

C++中支持使用typeid关键字获取对象类型信息，它的返回值类型是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具有相同的类型
    assert(&tb == &tc); // tb和tc引用的是相同的对象
    assert(tb != td);   // 虽然D是B的子类，但是b和d的类型却不同
    assert(&tb != &td); // tb和td引用的是不同的对象
}

动态类型

当typeid的操作数引用的是一个动态类（含有虚函数的类） 类型时，它的返回值是被引用对象对应类型的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引用的类型与d相同
    assert(typeid(rb) == typeid(rc)); // rb引用的类型与rc引用的类型相同
}

编译时可能还不知道rb或rc引用的类型，运行时怎么能判断该返回基类还是派生类对应的类型信息对象呢？

首先我们看看虚表的结构，在虚函数指针前面有RTTI信息。

如果是含有虚函数，运行时便可以通过vptr找到“虚函数表”，而“虚函数表”之前的一个位置存放了需要的类型信息对象，typeid可以直接返回这里的类型信息对象引用即可。

实现异常处理中catch的匹配过程

catch的匹配过程也可利用与typeid相似的原理进行类型匹配判断，此不再赘述。

动态类型转换(dynamic_cast)

先上一个例子：

type_info对象里面会有整个继承体系的信息(通过指针)，因此继承关系可以通过此树状结构判断，有了继承关系，再递归从虚表中查找基类子对象在派生类中的偏移值，便可以确定最终返回地址。

• '# 4例子：
  
  通过pa找到_D的type_info，对比和C的type_info的不同，但是在type_info的指针里面找到C的type_info。加上C的type_info的通过偏移量，返回指针结果
• '# 2例子：
  
  通过pa找到D的type_info，和目标D的type_info相同，直接加上偏移量，返回指针

参考文献

C/C++杂记：运行时类型识别（RTTI）与动态类型转换原理