MFC程序框架分析 rtti
在MFC的设计者们设计MFC的时候，C++规范中并没有包含RTTI，但是他们很早就意识到这个问题，所以他们以一种独特的方式在MFC中实现RTTI，采用这种方式实现的RTTI对于某个对象而言并不是必须的，也就是说，MFC的设计者们并不将RTTI强加于用户所设计的类型上，而是让用户根据自己的需要选择是否他所设计的类型需要RTTI。因而这种方式比C++规范中内置的RTTI更灵活。
MFC的设计者们在MFC中采用下面的的方法来实现RTTI：
设计一个基类CObject，在CObject中增加RTTI功能，任何一个类型，如果需要具有RTTI功能，就必须直接或间接派生于CObject采用宏实现RTTI，对于某个直接或间接从CObject派生来的类型而言，该宏可有可无，如果有该宏，它就具有RTTI功能，反之则无。
<一>考察CObject
我们先从CObject开始，下面是它的定义：
class AFX_NOVTABLE CObject
{
public:
// Object model (types, destruction, allocation)
virtual CRuntimeClass* GetRuntimeClass() const;
virtual ~CObject(); // virtual destructors are necessary
// Diagnostic allocations
void* PASCAL operator new(size_t nSize);
void* PASCAL operator new(size_t, void* p);
void PASCAL operator delete(void* p);
void PASCAL operator delete(void* p, void* pPlace);
void PASCAL operator delete(void *p, LPCSTR lpszFileName, int nLine);
// Disable the copy constructor and assignment by default so you will get
// compiler errors instead of unexpected behaviour if you pass objects
// by value or assign objects.
protected:
CObject();
private:
CObject(const CObject& objectSrc); // no implementation
void operator=(const CObject& objectSrc); // no implementation
// Attributes
public:
BOOL IsSerializable() const;
BOOL IsKindOf(const CRuntimeClass* pClass) const;
// Overridables
virtual void Serialize(CArchive& ar);
// Implementation
public:
static const AFX_DATA CRuntimeClass classCObject;
};
总的来说，CObject定义了整个从其派生的家族的所有成员所具有的两个基本的能力：
运行时的动态类型检查(RTTI)能力和序列化能力。在早期的C++版本中，没有规定RTTI，但MFC的作者们早就未扑先知，以这种构架的形式定义并实现RTTI。体现RTTI的是CObject中的两个成员函数：
virtual CRuntimeClass * GetRuntimeClass() const;
BOOL IsKindOf(const CRuntimeClass *pClass) const;
其中，前一个函数用来访问存储RTTI信息的一个CRuntimeClass类型的结构，后一个函数供在运行时刻进行类型判断。我们先来看看CRuntimeClass结构的定义,看看它究竟保存了哪些类型信息。
<>
struct CRuntimeClass
{
// Attributes
LPCSTR m_lpszClassName;
int m_nObjectSize;
UINT m_wSchema; // schema number of the loaded class
CObject* (PASCAL* m_pfnCreateObject)(); // NULL => abstract class
CRuntimeClass* m_pBaseClass;
// Operations
CObject* CreateObject();
BOOL IsDerivedFrom(const CRuntimeClass* pBaseClass) const;
// Implementation
void Store(CArchive& ar) const;
static CRuntimeClass* PASCAL Load(CArchive& ar, UINT* pwSchemaNum);
// CRuntimeClass objects linked together in simple list
CRuntimeClass* m_pNextClass; // linked list of registered classes
};
上面就是CRuntimeClass的定义，m_lpszClassName保存类的名称，m_nObjectSize保存类的实例数据所占内存的的大小。我们重点要关注的是m_pBaseClass成员，它是指向名称为m_lpszClassName的类的基类的CRuntimeClass的指针，因此，CRuntimeClass就形成了一个继承链表，这个链表记录了某一族类的继承关系。
RTTI的实现：
实现RTTI的除了上面两个函数外，还有几个相关的宏。我们先看看GetRuntimeClass()和IsKindOf()的实现.
1．GetRuntimeClass()的实现
CRuntimeClass* CObject::GetRuntimeClass() const
{
return RUNTIME_CLASS(CObject);
}
关键就在RUNTIME_CLASS这个宏上，RUNTIME_CLASS宏的实现如下：
#define RUNTIME_CLASS(class_name) ((CRuntimeClass*)(&class_name::class##class_name))将宏展开，上面的实现就变成：
CRuntimeClass* CObject::GetRuntimeClass() const
{
return (CRuntimeClass*)(&CObject::classCObject);
}
也就是说，它返回CObject类的一个static型的成员classCObject。
2．IsKindOf()的实现
BOOL CObject::IsKindOf(const CRuntimeClass* pClass) const
{
ASSERT(this != NULL);
// it better be in valid memory, at least for CObject size
ASSERT(AfxIsValidAddress(this, sizeof(CObject)));
// simple SI case
CRuntimeClass* pClassThis = GetRuntimeClass();
return pClassThis->IsDerivedFrom(pClass);
}
前两行我们不管它，关键在于最后一行pClassThis->IsDerivedFrom(pClass),归根结底就是调用CRuntimeClass的IsDerivedFrom()方法。下面是CRuntimeClass的成员IsDerivedFrom()的实现：
BOOL CRuntimeClass::IsDerivedFrom(const CRuntimeClass* pBaseClass) const
{
ASSERT(this != NULL);
ASSERT(AfxIsValidAddress(this, sizeof(CRuntimeClass), FALSE));
ASSERT(pBaseClass != NULL);
ASSERT(AfxIsValidAddress(pBaseClass, sizeof(CRuntimeClass), FALSE));
// simple SI case
const CRuntimeClass* pClassThis = this;
while (pClassThis != NULL)
{
if (pClassThis == pBaseClass) return TRUE;
pClassThis = pClassThis->m_pBaseClass;
}
return FALSE; // walked to the top, no match
}
关键是上面的一段循环代码：
while (pClassThis != NULL)
{
if (pClassThis == pBaseClass) return TRUE;
pClassThis = pClassThis->m_pBaseClass;
}
它从继承链表的某一节点this开始，向后搜索比较，确定继承关系。
将到这里，或许有人要问，这些CRuntimeClass结构是如何产生的呢？这是一个很好的问题，解决了这个问题，就完全清楚了MFC中RTTI的实现。使用过Visual C++开发程序的人都应该记得DECLARE_DYNAMIC和IMPLEMENT_DYNAMIC这两个宏，它们分别用来定义相应类的static CRuntimeClass成员和对该成员初始化。
DECLARE_DYNAMIC宏的定义：
#define DECLARE_DYNAMIC(class_name) \
public: \
static const AFX_DATA CRuntimeClass class##class_name; \
virtual CRuntimeClass* GetRuntimeClass() const; \
例如DECLARE_DYNAMIC(CView)展开成为：
public:
static const AFX_DATA CRuntimeClass classCView;
virtual CRuntimeClass* GetRuntimeClass() const;
由此可见，DECLARE_DYNAMIC宏用来在类的定义中定义静态CRuntimeClass变量和虚拟GetRuntimeClass()函数。可以推断，IMPLEMENT_DYNAMIC宏一定是用来初始化该静态变量和实现GetRuntimeClass()函数，。不错，正是这样！
IMPLEMENT_DYNAMIC宏的定义：
#define IMPLEMENT_DYNAMIC(class_name, base_class_name) \
IMPLEMENT_RUNTIMECLASS(class_name, base_class_name, 0xFFFF, NULL)
#define IMPLEMENT_RUNTIMECLASS(class_name, base_class_name, wSchema, pfnNew) \
AFX_COMDAT const AFX_DATADEF CRuntimeClass class_name::class##class_name = { \
#class_name, sizeof(class class_name), wSchema, pfnNew, \
RUNTIME_CLASS(base_class_name), NULL }; \
CRuntimeClass* class_name::GetRuntimeClass() const \
{ return RUNTIME_CLASS(class_name); } \
例如IMPLEMENT_DYNAMIC（CView, CWnd）展开如下：
//下面展开的代码用来初始化静态CRuntimeClass变量
AFX_COMDATA const AFX_DATADEF CRuntimeClass CView::classCView =
{
“CView”, file://m_lpszClassName
sizeof(class CView), file://m_nObjectSize
0xffff, //m_wSchema
NULL, //m_pfnCreateObject
(CRuntimeClass*)(&CWnd::classCWnd), file://m_pBaseClass
NULL //m_pNextClass
}
//下面的代码用来实现GetRuntimeClass()函数
CRuntimeClass* CView::GetRuntimeClass() const
{ return (CRuntimeClass*)(&CView::classCView);}
总的来说，同RTTI有关的宏有下面几对：
DECLARE_DYNAMIC和IMPLEMENT_DYNAMIC
这一对宏能够提供运行是类型判断能力。（定义并实现IsKindOf()）
DECLARE_DYNCREATE和IMPLEMENT_DYNCREATE
这一对宏除了能够提供类型判断能力外，还能够提供动态创建对象的能力．(定义并实现IsKindOf()和CreateObject()）
DECLARE_SERIAL和IMPLEMENT_SERIAL
这一对宏除了提供类型判断能力、动态创建对象能力外，还具有序列化功能。（定义并实现IsKindOf()、CreateObject()和Serialize()）
他的思想就是遍历链表。无论是动态创建，还是动态识别，都需要遍历链表。一定的基础结构能完成一定的应用，从他的成员就看出来了(msdn):
struct CRuntimeClass{
LPCSTR m_lpszClassName;
int m_nObjectSize;
UINT m_wSchema
CObject* (PASCAL* m_pfnCreateObject)( );
CRuntimeClass* (PASCAL* m_pfnGetBaseClass)( );
CRuntimeClass* m_pBaseClass;
CObject* CreateObject( );
BOOL IsDerivedFrom(const CRuntimeClass* pBaseClass) const;
};
他的效率在某些应用中比较低。如果这样的话，尽量避免遍历的出现，可以用一些状态变量完成某些工作。总之要从设计上的应用和结构来考虑。
DECLARE_DYNAMIC/IMPLEMENT_DYNAMIC的宏定义
# define DECLARE_DYNAMIC(class_name)\ 斜杠表示连接作用
public:
static CRuntimeClass class##class_name;\ //这里就是class##CChildFrame的连接
virtual CRuntimeClass *GetRuntimeClasss() const;//*号
#define _IMPLEMENT_RUNTIMECLASS(class_name, base_class_name, wSchema, pfnNew)
AFX_DATADEF CRuntimeClass class_name::class##class_name = { #class_name, sizeof(class class_name), wSchema, pfnNew, RUNTIME_CLASS(base_class_name), NULL };
CRuntimeClass* class_name::GetRuntimeClass() const { return RUNTIME_CLASS(class_name); }
class##class_name 他也是个结构。
MFC中RuntiemClass支持的实现：
只要是从CObject派生的类，可以轻松实现RuntiemClass支持。当然，是通过编译器提供的宏来实现的。那么其实现机制是怎样的呢？我觉得只需要四个步骤。
首先让我们简化一下CRuntiemClass和CObject的定义，抽取出与RuntiemClass相关的部分：
struct CRuntimeClass{
char m_lpszClassName[255];
int m_nObjectSize;
CObject* (*m_pfnCreateObject)();
CObject* CreateObject();
};
class CObject{
public:
virtual CRuntimeClass* GetRuntimeClass() const {return NULL;}
static CRuntimeClass classCObject;
virtual ~CObject(){};protected:CObject(){printf("CObject constructed\n");}
};
我所说的四个步骤是（下面的操作都是对于从CObject派生的类而言的）：
1.添加CRuntiemClass类型的静态成员classCMyClass(请把CMyClass换成你的类名）
static CRuntimeClass classCMyClass;
2.覆盖父类（即CObject)的GetRuntimeClass()方法，使之返回classCMyClass的指针
3.添加并实现 CreateObject();方法。
声明：static CObject* CreateObject();
实现：CObject* CMyClass::CreateObject() { return new CMyClass; }
4.为classCMyClass赋值。使m_lpszClassName="CMyClass";
m_nObjectSize=sizeof (CMyClass);
函数指针m_pfnCreateObject指向CMyClass::CreateObject。
CRuntimeClass CMyClass::classCMyClass= {"CMyClass"，sizeof (CMyClass)，CMyClass::CreateObject};
附上完整的例程（摘自Programming Visual C++6.0 Unleashed)：
#include "stdio.h"
#define RUNTIME_CLASS(class_name) (class_name::class##class_name)
class CObject;
struct CRuntimeClass{
char m_lpszClassName[21];
int m_nObjectSize;
CObject* (*m_pfnCreateObject)();
CObject* CreateObject();
};
class CObject{
public:
virtual CRuntimeClass* GetRuntimeClass() const {return NULL;}
static CRuntimeClass classCObject;
virtual ~CObject(){};
protected:
CObject(){printf("CObject constructed\n");}
};
CRuntimeClass CObject::classCObject={"CObject"，sizeof(CObject)，NULL};
CObject* CRuntimeClass::CreateObject()
{
return (*m_pfnCreateObject)();
}
class CAlpha:public CObject{
public:
virtual CRuntimeClass* GetRuntimeClass() const{return classCAlpha;}
static CRuntimeClass classCAlpha;
static CObject* CreateObject();
protected:CAlpha(){printf("CAlpha constructor\n");}
};
CRuntimeClass CAlpha::classCAlpha={"CAlpha"，sizeof(CAlpha)，CAlpha::CreateObject};
CObject* CAlpha::CreateObject(){return new CAlpha;}
///test()
{
CRuntimeClass* pRTCAlpha=RUNTIME_CLASS(CAlpha);
CObject* pObj1=pRTCAlpha->CreateObject();
}