[C++] - dynamic_cast介绍及工作原理、typeid、type_info

Table of Contents

1.dynamic_cast工作原理

2.dynamic_cast介绍

3.static_cast与dynamic_cast

4.typeid

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1.dynamic_cast工作原理

《深度探索C++对象模型》中有个例子：

class Point
{
public:
	Point(float xval);
	virtual ~Point();

	float x() const;
	static int PointCount();

protected:
	virtual ostream& print(ostream& os) const;

	float _x;
	static int _point_count;
};

这个类的内存布局：

type_info是C++ Standard所定义的类型描述器，type_info中放置着每个类的类型信息。virtual table的第一个slot存有type_info的地址。

《The C++ Programming Language》中有个例子：

class My_slider: public Ival_slider { // polymor phic base (Ival_slider has virtual functions)
// ...
};

void g(Ival_box* pb, Date* pd)
{
    My_slider* pd1 = dynamic_cast(pb); // OK
}

那么上述dynamic_cast的一个典型实现是：

My_slider的type_info会被编译器产生出来。pb指向的对象的type_info会在运行时通过vptr取得。这两个type_info会被交给runtime library函数，比较之后告诉我们是否吻合。如果吻合，返回转换后的My_slider*；否则返回nullptr。

 

2.dynamic_cast介绍

在运行时使用类型信息就叫做“run-time type identification”, 即RTTI。

downcast:从基类向子类转换；

upcast:从子类向基类转换；

crosscast:多重继承下，从一个基类到兄弟类的转换.如BBwindow到lval_box转换。

对dynamic_cast来说，upcast就像赋值操作一样，并没有多少耗费资源。dynamic_cast是用来解决编译时无法知道转换是否正确的场景。dynamic_cast要求操作对象是指向一个多态类型（含有虚函数）的指针或引用，来进行downcast或crosscast。

class My_slider: public Ival_slider { // polymor phic base (Ival_slider has virtual functions)
// ...
};

class My_date : public Date { // base not polymorphic (Date has no virtual functions)
// ...
};

void g(Ival_box* pb, Date* pd)
{
    My_slider* pd1 = dynamic_cast(pb); // OK
    My_date* pd2 = dynamic_cast(pd); // error : Date not polymorphic
}

多重继承：

class Component
: public virtual Storable { /* ... */ };
class Receiver
: public Component { /* ... */ };
class Transmitter
: public Component { /* ... */ };
class Radio
: public Receiver, public Transmitter { /* ... */ };

这里，一个Radio对象有两个Component基类对象。因此，在一个Radio对象内部从Storable到Component的dynamic_cast是模糊的，将会返回0.

void h1(Radio& r)
{
    Storable* ps = &r; // a Radio has a unique Storable
    // ...
    Component* pc = dynamic_cast(ps); // pc = 0; a Radio has two Components
    // ...
}

 

3.static_cast与dynamic_cast

dynamic_cast可以将一个多态虚基类转换成子类或邻近兄弟类。但是static_cast不能，因为它不会对它的操作对象进行检查类型。

void g(Radio& r)
{
    Receiver* prec = &r; // Receiver is an ordinary base of Radio
    Radio* pr = static_cast(prec); // OK, unchecked
    pr = dynamic_cast(prec); // OK, run-time checked
    Storable* ps = &r; // Storable is a virtual base of Radio
    pr = static_cast(ps); //error : cannot cast from virtual base
    pr = dynamic_cast(ps); // OK, run-time checked
}

编译器无法预知被void*指针指向的内存的信息。因此，对于需要查看对象类型的dynamic_cast而言，它无法对void*进行转换。而static_cast在这种情况下可以做到。

Radio* f1(void* p)
{
    Storable* ps = static_cast(p); // trust the programmer
    return dynamic_cast(ps);
}

dynamic_cast和static_cast都无法对const指针或私有继承的指针进行转换。static_cast或者reinterpret_cast都无法将操作对象转换成私有基类。

class Users : private set { /* ... */ };
void f2(Users* pu, const Receiver* pcr)
{
    static_cast*>(pu); // error : access violation
    dynamic_cast*>(pu); // error : access violation
    static_cast(pcr); //error : can’t cast away const
    dynamic_cast(pcr); //error : can’t cast away const
    Receiver* pr = const_cast(pcr); // OK
    // ...
}

 

4.typeid

typeid()返回指针或引用指向的对象的类型信息type_info。如果typeid()的操作数是nullptr，那么typeid()会抛出std::bad_typeid的异常。

void f(Shape& r, Shape* p)
{
    typeid(r); // type of the object referred to by r
    typeid(*p); // type of the object pointed to by p
    typeid(p); // type of the pointer, that is, Shape* (uncommon, except as a mistake)
}

type_info定义：

class type_info {
    // data
public:
    virtual ˜type_info(); //is polymorphic
    bool operator==(const type_info&) const noexcept; // can be compared
    bool operator!=(const type_info&) const noexcept;
    bool before(const type_info&) const noexcept; // ordering
    size_t hash_code() const noexcept; // for use by unordered_map and the like
    const char* name() const noexcept; // name of type
    type_info(const type_info&) = delete; // prevent copying
    type_info& operator=(const type_info&) = delete; // prevent copying
};

例子：

struct Poly { // polymor phic base class
    virtual void f();
    // ...
};
struct Non_poly { /* ... */ }; // no virtual functions
struct D1 : Poly { /* ... */ };
struct D2 : Non_poly { /* ... */ };

void f(Non_poly& npr, Poly& pr)
{
    cout << typeid(npr).name() << '\n'; // writes something like "Non_poly"
    cout << typeid(pr).name() << '\n'; // name of Poly or a class derived from Poly
}
void g()
{
    D1 d1;
    D2 d2;
    f(d2,d1); // writes "Non_poly D1"
}

 

参考资料：

1.《深度探索C++对象模型》

2.《The C++ Programming Language》