【专业技术】C++ RTTI及“反射”技术

RTTI

  RTTI(Run-Time Type Information)运行时类型检查的英文缩写,它提供了运行时确定对象类型的方法。面向对象的编程语言,象C++,Java,delphi都提供了对RTTI的支持。 本文将简略介绍 RTTI 的一些背景知识、描述 RTTI 的概念,并通过具体例子和代码介绍什么时候使用以及如何使用 RTTI;本文还将详细描述两个重要的 RTTI 运算符的使用方法,它们是 typeid 和 dynamic_cast。   其实,RTTI 在C++中并不是什么新的东西,它早在十多年以前就已经出现了。但是大多数开发人员,包括许多高层次的C++程序员对它并不怎么熟悉,更不用说使用 RTTI 来设计和编写应用程序了。   一些面向对象专家在传播自己的设计理念时,大多都主张在设计和开发中明智地使用虚拟成员函数,而不用 RTTI 机制。但是,在很多情况下,虚拟函数无法克服本身的局限。每每涉及到处理异类容器和根基类层次(如 MFC)时,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。如何确定对象的动态类型呢?答案是使用内建的 RTTI 中的运算符:typeid 和 dynamic_cast。   首先让我们来设计一个类层次,假设我们创建了某个处理文件的抽象基类。它声明下列纯虚拟函数:

open()、close()、read()和 write():   class File   {   public:   virtual int open(const string & filename)=0;   virtual int close(const string & filename)=0;   //   virtual ~File()=0; // 记住添加纯虚拟析构函数(dtor)   };   现在从 File 类派生的类要实现基类的纯虚拟函数,同时还要提供一些其他的操作。假设派生类为 DiskFile,除了实现基类的纯虚拟函数外,还要实现自己的flush()和defragment()操作:

class DiskFile: public File {   public:   int open(const string & filename);   // 实现其他的纯虚拟函数   ......   // 自己的专有操作   virtual int flush();   virtual int defragment(); };   接着,又从 DiskFile 类派生两个类,假设为 TextFile 和 MediaFile。前者针对文本文件,后者针对音频和视频文件:

class TextFile: public DiskFile {   // ......   int sort_by_words(); }; class MediaFile: public DiskFile {   //...... };   我们之所以要创建这样的类层次,是因为这样做以后可以创建多态对象,如:

File *pfile; // *pfile的静态类型是 File if(some_condition)

  pfile = new TextFile; // 动态类型是 TextFile else   pfile = new DiskFile; // 动态类型是 DiskFile

假设你正在开发一个基于图形用户界面(GUI)的文件管理器,每个文件都可以以图标方式显示。当鼠标移到图标上并单击右键时,文件管理器打开一个菜单,每个文件除了共同的菜单项,不同的文件类型还有不同的菜单项。如:共同的菜单项有“打开”“拷贝”、和“粘贴”,此外,还有一些针对特殊文件的专门操作。比如,文本文件会有“编辑”操作,而多媒体文件则会有“播放”菜单。

为了使用 RTTI 来动态定制菜单,文件管理器必须侦测每个文件的动态类型。利用 运算符 typeid 可以获取与某个对象关联的运行时类型信息。typeid 有一个参数,传递对象或类型名。因此,为了确定 x 的动态类型是不是Y,可以用表达式:typeid(x) == typeid(Y)实现:

#include <typeinfo> // typeid 需要的头文件  void menu::build(const File * pfile)  {   if (typeid(*pfile)==typeid(TextFile))   {   add_option("edit");   }   else if (typeid(*pfile)==typeid(MediaFile))   {   add_option("play");   }  }   使用 typeid 要注意一个问题,那就是某些编译器(如 Visual C++)默认状态是禁用 RTTI 的,目的是消除性能上的开销。如果你的程序确实使用了 RTTI,一定要记住在编译前启用 RTTI。使用 typeid 可能产生一些将来的维护问题。假设你决定扩展上述的类层次,从MediaFile 派生另一个叫 LocalizeMedia 的类,用这个类表示带有不同语言说明文字的媒体文件。但 LocalizeMedia 本质上还是个 MediaFile 类型的文件。因此,当用户在该类文件图标上单击右键时,文件管理器必须提供一个“播放”菜单。可惜 build()成员函数会调用失败,原因是你没有检查这种特定的文件类型。为了解决这个问题,你必须象下面这样对 build() 打补丁:

void menu::build(const File * pfile)  {   //......   else if (typeid(*pfile)==typeid(LocalizedMedia))   {   add_option("play");   }  }   唉,这种做法真是显得太业余了,以后每次添加新的类,毫无疑问都必须打类似的补丁。显然,这不是一个理想的解决方案。这个时候我们就要用到 dynamic_cast,这个运算符用于多态编程中保证在运行时发生正确的转换(即编译器无法验证是否发生正确的转换)。用它来确定某个对象是 MediaFile 对象还是它的派生类对象。dynamic_cast 常用于从多态编程基类指针向派生类指针的向下类型转换。

它有两个参数:一个是类型名;另一个是多态对象的指针或引用。其功能是在运行时将对象强制转换为目标类型并返回布尔型结果。也就是说,如果该函数成功地并且是动态的将 *pfile 强制转换为 MediaFile,那么 pfile的动态类型是 MediaFile 或者是它的派生类。否则,pfile 则为其它的类型:

void menu::build(const File * pfile)

{   if (dynamic_cast <MediaFile *> (pfile))   {   // pfile 是 MediaFile 或者是MediaFile的派生类 LocalizedMedia   add_option("play");   }   else if (dynamic_cast <TextFile*> (pfile))   {   // pfile 是 TextFile 是TextFile的派生类   add_option("edit");   } }   细细想一下,虽然使用 dynamic_cast 确实很好地解决了我们的问题,但也需要我们付出代价,那就是与 typeid 相比,dynamic_cast 不是一个常量时间的操作。为了确定是否能完成强制类型转换,dynamic_cast`必须在运行时进行一些转换细节操作。因此在使用 dynamic_cast 操作时,应该权衡对性能的影响。

作者:akonlbjrd(CSDN)

原文发布于微信公众号 - 程序员互动联盟(coder_online)

原文发表时间:2015-06-11

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