RTTI和类型转换运算符

目录

• 1. RTTI
  • 1.1 RTTI的三个元素
• 2. 类型转换运算符
  • 2.1 dynamic_cast
  • 2.2 const_cast
  • 2.3 static_cast
  • 2.4 reinterpret_cast

1. RTTI

RTTI是运行阶段类型识别(Runtime Type Identification)的简称。该特性是为了程序在运行阶段确定对象类型提供一种标准方式。

1.1 RTTI的三个元素

由于只有包含虚函数的类层次结构，才能将派生类对象的地址赋给基类指针，因此RTTI只适用包含虚函数的类。

• dynamic_cast运算符将使用一个指向基类的指针来生成一个指向派生类的指针，否则，该运算符返回0—空指针。
• typied运算符返回一个指出对象的类型的值。
• type_info结构存储了有关特定类型的信息。

1.1.1 dynamic_cast运算符

dynamic_cast运算符是RTTI中最常用的组件，其主要的功能是确定是否可以安全地将对地址赋给特定类型的指针，如果可以则返回该特定类型的指针，如果不可以则返回0（空指针）。可以理解为dynamic_cast可以用来类型转换，如果可安全转换，则转换成相应的类型指针，否则直接返回0（空指针）。其语法如下：

dynamic_cast<type_name> (expression)

例如下面的例子：

class Base{
    private:
    double val;
    public:
    Base(double a = 0):val(a){}
    virtial void show(){std::cout<<"Base show！"<< std::endl();}
}

class BaseA:public: Base{
    BaseA(double a = 0):Base(a){}
    virtual void show(){std::cout <<"BaseA show!"<<std::endl;}
    virtual void display(){std::cout<<"BaseA val: "<<val<<std::endl;}
}

class BaseB:public: BaseA{
    BaseB(double a = 0):BaseA(a){}
    virtual void show(){std::cout <<"BaseB show!"<<std::endl;}
    virtual void display(){std::cout<<"BaseB val: "<<val<<std::endl;}
}

假设有下面的指针：

Base* bs = new Base;
Base* ba = new BaseA;
Base* bb = new BaseB;

对于下面类型的转换：

BaseB* b1 = dynamic_cast<BaseB*>(bb)//毫无疑问派生类到基类的转换是安全的，该返回值类型即Base*
BaseA* b2 = dynamic_cast<BaseA*>(bs)//由于Base中无dispaly的实现，该转换存在安全风险，因此b2为0（空指针）

因此针对该例子，dynamic_cast常用的场景如下：

auto bs = new BaseX;//BaseX为Base、BaseA、BaseB中的任意一种类型,假设其具体类型只有在程序运行过程中才能确定。
BaseA* pa;
if(pa = dynamic_cast<BaseA*>(bs))
{
    ps->display();
}

1.1.2 typeid运算符

typeid运算符能够确定两个对象是否为同种类型，其可以接受两种参数：

• 类名；
• 结果为对象的表达式。

其返回一个type_info对象的引用，其实方法如下：

//需要包含头文件#include<typeinfo>
A* a = new A;//A为一个类
if(typeid(A) == typeid(*a)){
    std::cout << "a的类型为A"<<std::endl;
}
else
{
    std::cout << "a的类型不为A"<<std::endl;
}

针对上例，若a是一个空指针，则typeid(*a)会引发bad_typeid异常，该异常类型是从exception类派生出来，也是在typeinfo中生声明的。

1.1.3. type_info类

type_info类主要存储了有关特定类型的信息，其中包含了一个name()成员，该成员函数主要用于调试，其需要与typeid搭配使用，使用方法如下：

//class A;
A* a = new A;
std::cout<<typeid(*a).name()<<std::endl;//输出结果为A

2. 类型转换运算符

2.1 dynamic_cast

前面已经介绍过其用法，该运算符的主要用途是，使得能够在类层次结构中进行向上转换（即派生类到基类的转换，由于该转换是is-a的关系，所以该转换是安全的），而不允许其他的转换。

2.2 const_cast

const_cast运算符用于执行只有一种用途的类型转化，即改变const或volatile，其语法与dynamic_cast相同：

const_cast <type_name> (expression)

如果类型的其他方面也被修改，则上述类型转换将出错，也就是说除了const或volatile特征（有或无）可以不同外，type_name和expression的类型必须相同。假设A和B,则有下面的转换：

A a;
const A* pa = &a;
A* pa1 = const_cast<A*>(pa); //正确
const B* pb = const_cast<const B*>(pa);//错误

提供该运算符的原因是，程序有时候可能需要一个这样的值，它在大多数的时候是常量，而有时候又是可以修改的，在这种情况下，可以将这个值声明为const，并在需要修改它的时候，使用const_cast。

2.3 static_cast

static_cast运算符与其他类型转换运算符的语法一样：

 static_cast <type_name> (expression)

static_cast将expression转换为type_name类型，主要用于非多态类型之间的转换，不提供运行时的检查来确保转换的安全性。主要在以下几种场合中使用：

• 用于类层次结构中，基类和子类之间指针和引用的转换；当进行上行转换(把派生类的指针或引用转换成基类表示)，这种转换是安全的；当进行下行转换（把基类的指针或引用转换成派生类表示），这种转换是不安全的，也需要程序员来保证；
• 用于基本数据类型之间的转换，如把int转换成char，把int转换成enum等等，这种转换的安全性需要程序员来保证；
• 把void指针转换成目标类型的指针，是极其不安全的，也需要程序员来保证；

2.4 reinterpret_cast

reinterpret_cast运算符与其他类型转换运算符的语法一样：

reinterpret_cast <type_name> (expression)

reinterpret_cast运算符用于天生危险的类型转换，因为其允许将任何指针类型转换为其它的指针类型。reinterpret_cast 运算符并不会改变括号中运算对象的值，而是对该对象从位模式上进行重新解释。它主要用于将一种数据类型从一种类型转换为另一种类型。例如，它可以将一个指针转换成一个整数，也可以将一个整数转换成一个指针，然而，其并不支持所有类型的转换，例如，可以将指针类型转换为足以存储指针表示的整形，但不能将指针转换为更小的整形或浮点型。