【C++】运行时类型识别RTTI与反射详解
RTTI
RTTI(Run-Time Type Information)运行时类型识别的英文缩写，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，像C++，Java，delphi都提供了对RTTI的支持。 本文将描述 RTTI 的概念、简略介绍 RTTI 的一些背景知识、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的两个重要运算符 typeid 和 dynamic_cast的使用方法。
背景知识
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。
运算符
1.type_info
type_info类在头文件
type_info是实现相关的，不同编译工具链的实现可能不一致。
下面的代码可以打印出int类型的名字：
const std::type_info &tiInt = typeid(int);
std::cout << "tiInt.name = " << tiInt.name() << std::endl;type_info有下列方法：
- name()，返回类型的名字
- hash_code()，返回这个类型的哈希值（具有唯一性）
- before()，可以判断一个type_info对象的顺序是否在另一个之前（实现相关，同一个程序多次调用都可能不一样，不太理解有什么实际作用）
- ==和!=操作符，判断两个type_info相等或不等
2.typeid操作符
typeid操作符在
它有两种形式：
- typeid( 类型 )
- typeid( 表达式 )
具体用法前面的示例代码已有了。
3.type_index（C++11 新特性）
type_index类在头文件
下面的代码（来自http://en.cppreference.com/w/cpp/types/type_index）使用type_index来输出一些类型信息（调试还是蛮有用的）：
struct A {
virtual ~A() {}
};
struct B : A {};
struct C : A {};
int main()
{
std::unordered_map type_names;
type_names[std::type_index(typeid(int))] = "int";
type_names[std::type_index(typeid(double))] = "double";
type_names[std::type_index(typeid(A))] = "A";
type_names[std::type_index(typeid(B))] = "B";
type_names[std::type_index(typeid(C))] = "C";
int i;
double d;
A a;
// note that we're storing pointer to type A
std::unique_ptr b(new B);
std::unique_ptr c(new C);
std::cout << "i is " << type_names[std::type_index(typeid(i))] << '\n';
std::cout << "d is " << type_names[std::type_index(typeid(d))] << '\n';
std::cout << "a is " << type_names[std::type_index(typeid(a))] << '\n';
std::cout << "b is " << type_names[std::type_index(typeid(*b))] << '\n';
std::cout << "c is " << type_names[std::type_index(typeid(*c))] << '\n';
} 4.dynamic_cast
它究竟是怎么实现的呢？经过一些思考，我认为最简单的方案就是将信息保存在vtable里，它会占用一个vtalbe表的项目。实验和书籍也证明了这一点。但是就会有一个问题，没有vtable的类怎么办？内建类型怎么办？其实，没有vtable的类，它不需要多态，它根本就不需要RTTI，内建类型也一样。这就是说，dynamic_cast只支持有虚函数的类。而且， dynamic_cast不能进行non_base_class *到 class T*的转换，比如void * --> class T *，因为它无法去正确获得vtable。
这样，dynamic_cast的意义和使用方法就很清楚了，它是为了支持多态而存在的。它用于实现从基类到派生类的安全转换。同时它也在绝大多数情况下避免了使用static_cast——不安全的类型转换。
问答
对于没有virtual函数的类而言，typeid是编译时期的事情（也就是静态类型）；对于有virtual函数的类而言，typeid是运行时期的事情（也就是动态类型）。
为什么是这样呢？因为RTTI(typeid和dynamic_cast都是RTTI的一部分)大部分都是要利用virtual table来实现的，比如在virtual table的第0个索引处存放指向type_info信息的指针。所以如果没有virtual function，那么此class就没有virtual table，所以RTTI也自然就不能正常运行了（那么typeid也就自然不能够正常运行了，而只能根据编译时期的静态类型来进行判断）。
在c++里怎么能知道一个变量的具体类型。
1.运行时获知变量类型名称，可以使用 typeid(变量).name，需要注意不是所有编译器都输出"int"、"float"等之类的名称，对于这类的编译器可以这样使用：float f = 1.1f; if( typeid(f) == typeid(0.0f) )
2.对于多态类实例，想得到实际的类名称，需要使用到RTTI，这需要在编译的时候加上参数"/GR"。
3.对于普通变量，既然是自己写的，那当然也就应该知道它的类型，其实用不着运行时获知；对于多态类实例，既然需要运行时获知实际类型，那么就说明这里不具有多态性，既然没有多态性就不应该抽象它，这属于设计错误，总之，我认为RTTI是多余的。
4.对于多态类实例，使用 typeid(value) == typeid(value)来判断，不如使用 dynamic_cast 来判断，它们的原理是一样的。
使用时机与方法案例详解
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
};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 // 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 (pfile))
{
// pfile 是 MediaFile 或者是MediaFile的派生类 LocalizedMedia
add_option("play");
}
else if (dynamic_cast (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。
反射
如果你不知道一个对象的确定类型，RTTI可以告诉你。但是有个限制：这个类型在编译期间必须已知，才能使用RTTI来识别它。例如，在磁盘上或者网络中的一段字符串，被告知代表一个类，但是编译器在编译代码的时候，并不知道，怎么才能使用这个类呢？这时候就需要使用反射。
通过反射与未知类型的对象打交道时，JVM只是简单地检查这个对象，看它属于哪个特定的类（与RTTI一样）。但在这之后，在做其它事情之前，必须加载那个类的 Class 对象。因此，那个类的.class 文件对于 JVM 来说必须是可获取的，要么在本地机器上,要么可以通过网络取得。
RTTI：编译器在编译期间打开和检查.class文件
反射：编译器在运行期间打开和检查.class文件
整理自：C++ RTTI及“反射”技术与C++11 | 运行时类型识别（RTTI）