C++如何实现RTTI_C++运行时类型信息(dynamic_cast, typeid)

RTTI需多态类支持，通过typeid获取类型名并比较动态类型，dynamic_cast实现安全向下转型，依赖虚表存储类型信息，转换失败返回nullptr或抛异常，优先使用虚函数而非RTTI。

在C++中，运行时类型信息（RTTI, Run-Time Type Information）允许程序在运行时查询和操作对象的实际类型。RTTI主要用于支持 dynamic_cast 和 typeid 这两个特性，前提是类必须是“多态的”——即至少包含一个虚函数。

1. RTTI 的启用条件

要使用 RTTI 功能，类必须具有虚函数。这是因为 RTTI 依赖虚函数表（vtable）来存储类型信息。没有虚函数的类不会生成这些额外信息，因此无法进行运行时类型识别。

2. 使用 typeid 获取类型信息

typeid 返回一个 const std::type_info& 引用，可用于比较类型或获取类型名称。

示例：

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#include <typeinfo>
#include <iostream>

class Base { virtual void foo() {} }; // 必须有虚函数
class Derived : public Base {};

int main() {
    Derived d;
    Base* b = &d;

    if (typeid(*b) == typeid(Derived)) {
        std::cout << "b 指向的是 Derived 对象\n";
    }

    std::cout << "类型名: " << typeid(*b).name() << "\n";
}

说明：

• 使用 *b 而不是 b，因为我们要检查所指对象的动态类型，而非指针本身的静态类型。
• typeid(*b) 是运行时决定的；typeid(b) 则是 Base* 类型，为编译期常量。
• type_info::name() 输出格式依赖编译器（可能经过 name mangling），可配合 cxxabi.h 解析（GCC/Clang）。

3. 使用 dynamic_cast 进行安全的向下转型

dynamic_cast 主要用于将基类指针/引用安全地转换为派生类指针/引用。转换失败时返回 nullptr（指针）或抛出 std::bad_cast（引用）。

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示例（指针版本）：

class Base { virtual void dummy() {} };
class Derived : public Base { public: void func() {} };

void process(Base* b) {
    Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b);
    if (d) {
        d->func(); // 安全调用
    } else {
        std::cout << "转换失败，不是 Derived 类型\n";
    }
}

示例（引用版本）：

void process_ref(Base& b) {
    try {
        Derived& d = dynamic_cast<Derived&>(b);
        d.func();
    } catch (const std::bad_cast& e) {
        std::cout << "引用转换失败: " << e.what() << "\n";
    }
}

关键点：

• 只能用于多态类型（带虚函数）。
• 向上转型（up-cast）不需要 dynamic_cast，可以直接赋值。
• 跨继承层级的转换（如多重继承中的横向转换）也受支持。
• 性能开销存在，因需查询类型信息并做校验。

4. 实现机制简述

RTTI 的底层实现由编译器负责，通常包括：

• 每个类生成一个 std::type_info 全局对象，保存类型名等信息。
• 虚函数表中添加指向 type_info 的指针（如 GNU C++ 中 vtable 第一项前插入 __cxxabiv1::__class_type_info*）。
• dynamic_cast 内部通过遍历继承关系图判断是否可转换，支持多重、虚拟继承。

例如，在运行时调用 dynamic_cast<T*>(p)，编译器会生成代码：

• 从 p->vtable 取 type_info。
• 检查目标类型 T 是否在当前对象的继承路径中。
• 若存在，计算偏移量并返回正确地址；否则返回 nullptr。

基本上就这些。RTTI 提供了灵活的运行时类型判断能力，但应谨慎使用——过度依赖可能反映设计问题。优先考虑虚函数多态，必要时再用 dynamic_cast 或 typeid 做特化处理。

以上就是C++如何实现RTTI_C++运行时类型信息(dynamic_cast, typeid)的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！