RTTI的含義

tracy_ming

RTTI 是“Runtime Type Information”的縮寫(xiě)，意思是：運(yùn)行時(shí)類型信息。它提供了運(yùn)行時(shí)確定對(duì)象類型的方法。本文將簡(jiǎn)略介紹 RTTI 的一些背景知識(shí)、描述 RTTI 的概念，并通過(guò)具體例子和代碼介紹什么時(shí)候使用以及如何使用 RTTI；本文還將詳細(xì)描述兩個(gè)重要的 RTTI 運(yùn)算符的使用方法，它們是 typeid 和 dynamic_cast。
其實(shí)，RTTI 在C++中并不是什么新的東西，它早在十多年以前就已經(jīng)出現(xiàn)了。但是大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員，包括許多高層次的C++程序員對(duì)它并不怎么熟悉，更不用說(shuō)使用 RTTI 來(lái)設(shè)計(jì)和編寫(xiě)應(yīng)用程序了。
一些面向?qū)ο髮＜以趥鞑プ约旱脑O(shè)計(jì)理念時(shí)，大多都主張?jiān)谠O(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中明智地使用虛擬成員函數(shù)，而不用 RTTI 機(jī)制。但是，在很多情況下，虛擬函數(shù)無(wú)法克服本身的局限。每每涉及到處理異類容器和根基類層次（如 MFC）時(shí)，不可避免要對(duì)對(duì)象類型進(jìn)行動(dòng)態(tài)判斷，也就是動(dòng)態(tài)類型的偵測(cè)。如何確定對(duì)象的動(dòng)態(tài)類型呢？答案是使用內(nèi)建的 RTTI 中的運(yùn)算符：typeid 和 dynamic_cast。
首先讓我們來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)類層次，假設(shè)我們創(chuàng)建了某個(gè)處理文件的抽象基類。它聲明下列純虛擬函數(shù)：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; // 記住添加純虛擬析構(gòu)函數(shù)（dtor）
};
現(xiàn)在從 File 類派生的類要實(shí)現(xiàn)基類的純虛擬函數(shù)，同時(shí)還要提供一些其他的操作。假設(shè)派生類為 DiskFile，除了實(shí)現(xiàn)基類的純虛擬函數(shù)外，還要實(shí)現(xiàn)自己的flush()和defragment()操作： class DiskFile: public File
{
public:
int open(const string & filename);
// 實(shí)現(xiàn)其他的純虛擬函數(shù)
......
// 自己的專有操作
virtual int flush();
virtual int defragment();
};
接著，又從 DiskFile 類派生兩個(gè)類，假設(shè)為 TextFile 和 MediaFile。前者針對(duì)文本文件，后者針對(duì)音頻和視頻文件： class TextFile: public DiskFile
{
// ......
int sort_by_words();
};
class MediaFile: public DiskFile
{
//......
};
我們之所以要?jiǎng)?chuàng)建這樣的類層次，是因?yàn)檫@樣做以后可以創(chuàng)建多態(tài)對(duì)象，如：File *pfile; // *pfile的靜態(tài)類型是 File
if(some_condition)
pfile = new TextFile; // 動(dòng)態(tài)類型是 TextFile
else
pfile = new DiskFile; // 動(dòng)態(tài)類型是 DiskFile
假設(shè)你正在開(kāi)發(fā)一個(gè)基于圖形用戶界面（GUI）的文件管理器，每個(gè)文件都可以以圖標(biāo)方式顯示。當(dāng)鼠標(biāo)移到圖標(biāo)上并單擊右鍵時(shí)，文件管理器打開(kāi)一個(gè)菜單，每個(gè)文件除了共同的菜單項(xiàng)，不同的文件類型還有不同的菜單項(xiàng)。如：共同的菜單項(xiàng)有“打開(kāi)”“拷貝”、和“粘貼”，此外，還有一些針對(duì)特殊文件的專門操作。比如，文本文件會(huì)有“編輯”操作，而多媒體文件則會(huì)有“播放”菜單。為了使用 RTTI 來(lái)動(dòng)態(tài)定制菜單，文件管理器必須偵測(cè)每個(gè)文件的動(dòng)態(tài)類型。利用 運(yùn)算符 typeid 可以獲取與某個(gè)對(duì)象關(guān)聯(lián)的運(yùn)行時(shí)類型信息。typeid 有一個(gè)參數(shù)，傳遞對(duì)象或類型名。因此，為了確定 x 的動(dòng)態(tài)類型是不是Y，可以用表達(dá)式：typeid(x) == typeid(Y)實(shí)現(xiàn)：#include  // typeid 需要的頭文件
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 要注意一個(gè)問(wèn)題，那就是某些編譯器（如 Visual C++）默認(rèn)狀態(tài)是禁用 RTTI 的，目的是消除性能上的開(kāi)銷。如果你的程序確實(shí)使用了 RTTI，一定要記住在編譯前啟用 RTTI。使用 typeid 可能產(chǎn)生一些將來(lái)的維護(hù)問(wèn)題。假設(shè)你決定擴(kuò)展上述的類層次，從MediaFile 派生另一個(gè)叫 LocalizeMedia 的類，用這個(gè)類表示帶有不同語(yǔ)言說(shuō)明文字的媒體文件。但 LocalizeMedia 本質(zhì)上還是個(gè) MediaFile 類型的文件。因此，當(dāng)用戶在該類文件圖標(biāo)上單擊右鍵時(shí)，文件管理器必須提供一個(gè)“播放”菜單�？上� build()成員函數(shù)會(huì)調(diào)用失敗，原因是你沒(méi)有檢查這種特定的文件類型。為了解決這個(gè)問(wèn)題，你必須象下面這樣對(duì) build() 打補(bǔ)�。� void menu::build(const File * pfile)
{
//......
else if (typeid(*pfile)==typeid(LocalizedMedia))
{
add_option("play");
}
}
唉，這種做法真是顯得太業(yè)余了，以后每次添加新的類，毫無(wú)疑問(wèn)都必須打類似的補(bǔ)丁。顯然，這不是一個(gè)理想的解決方案。這個(gè)時(shí)候我們就要用到 dynamic_cast，這個(gè)運(yùn)算符用于多態(tài)編程中保證在運(yùn)行時(shí)發(fā)生正確的轉(zhuǎn)換（即編譯器無(wú)法驗(yàn)證是否發(fā)生正確的轉(zhuǎn)換）。用它來(lái)確定某個(gè)對(duì)象是 MediaFile 對(duì)象還是它的派生類對(duì)象。dynamic_cast 常用于從多態(tài)編程基類指針向派生類指針的向下類型轉(zhuǎn)換。它有兩個(gè)參數(shù)：一個(gè)是類型名；另一個(gè)是多態(tài)對(duì)象的指針或引用。其功能是在運(yùn)行時(shí)將對(duì)象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為目標(biāo)類型并返回布爾型結(jié)果。也就是說(shuō)，如果該函數(shù)成功地并且是動(dòng)態(tài)的將 *pfile 強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 MediaFile，那么 pfile的動(dòng)態(tài)類型是 MediaFile 或者是它的派生類。否則，pfile 則為其它的類型：void menu::build(const File * pfile)
{
if (dynamic_cast  (pfile))
{
// pfile 是 MediaFile 或者是MediaFile的派生類 LocalizedMedia
add_option("play");
}
else if (dynamic_cast  (pfile))
{
// pfile 是 TextFile 是TextFile的派生類
add_option("edit");
}
}
細(xì)細(xì)想一下，雖然使用 dynamic_cast 確實(shí)很好地解決了我們的問(wèn)題，但也需要我們付出代價(jià)，那就是與 typeid 相比，dynamic_cast 不是一個(gè)常量時(shí)間的操作。為了確定是否能完成強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，dynamic_cast`必須在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行一些轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)操作。因此在使用 dynamic_cast 操作時(shí)，應(yīng)該權(quán)衡對(duì)性能的影響。

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