1 RTTI概念

转自C++对象模型之RTTI的实现原理

RTTI(Run Time Type Identification)即通过运行时类型识别，程序能够使用基类的指针或引用来检查这些指针或引用所指的对象的实际派生类型。

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1.1 RTTI机制的产生

为什么会出现RTTI这一机制，这和C++语言本身有关系。和很多其他语言一样，C++是一种静态类型语言。其数据类型是在编译期就确定的，不能在运行时更改。然而由于面向对象程序设计中多态性的要求，C++中的指针或引用(Reference)本身的类型，可能与它实际代表(指向或引用)的类型并不一致。有时我们需要将一个多态指针转换为其实际指向对象的类型，就需要知道运行时的类型信息，这就产生了运行时类型识别的要求。和Java相比，C++要想获得运行时类型信息，只能通过RTTI机制，并且C++最终生成的代码是直接与机器相关的。

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2 typeid和dynamic_cast操作符

C++通过以下的两个操作提供RTTI：

（1）typeid运算符，该运算符返回其表达式或类型名的实际类型。

（2）dynamic_cast运算符，该运算符将基类的指针或引用安全地转换为派生类类型的指针或引用。

2.1 typeid

C++的多态性（运行时）是由虚函数实现的，对于多态性的对象，无法在程序编译阶段确定对象的类型。当类中含有虚函数时，其基类的指针就可以指向任何派生类的对象，这时就有可能不知道基类指针到底指向的是哪个对象的情况，类型的确定要在运行时利用运行时类型标识做出。为了获得一个对象的类型可以使用#include的typeid函数，typeid函数的主要作用就是让用户知道当前的变量是什么类型的，比如使用typeid(a).name()就能知道变量a是什么类型的。

2.2 dynamic_cast强制转换运算符

把一个基类类型的指针或引用转换至派生类类型的指针或引用被称为向下转型（downcast）。dynamic_cast运算符的作用是安全而有效地进行向下转型。

该转换符用于将一个指向派生类的基类指针或引用转换为派生类的指针或引用，注意dynamic_cast转换符只能用于含有虚函数的类，其表达式为dynamic_cast<类型>(表达式)，其中的类型是指把表达式要转换成的目标类型，比如含有虚函数的基类B和从基类B派生出的派生类D，则B *pb; D *pd, md; pb=&md; pd=dynamic(pb); 最后一条语句表示把指向派生类D的基类指针pb转换为派生类D的指针，然后将这个指针赋给派生类D的指针pd，有人可能会觉得这样做没有意义，既然指针pd要指向派生类为什么不pd=&md;这样做更直接呢？

因为有些时候我们需要强制转换，比如如果指向派生类的基类指针B想访问派生类D中的除虚函数之外的成员时就需要把该指针转换为指向派生类D的指针，以达到访问派生类D中特有的成员的目的，比如派生类D中含有特有的成员函数g()，这时可以这样来访问该成员dynamic_cast(pb)->g();因为dynamic_cast转换后的结果是一个指向派生类的指针，所以可以这样访问派生类中特有的成员。但是该语句不影响原来的指针的类型，即基类指针pb仍然是指向基类B的。

dynamic_cast转换符只能用于指针或者引用。dynamic_cast转换符只能用于含有虚函数的类。dynamic_cast转换操作符在执行类型转换时首先将检查能否成功转换，如果能成功转换则转换之，如果转换失败，如果是指针则反回一个0值，如果是转换的是引用，则抛出一个bad_cast异常，所以在使用dynamic_cast转换之间应使用if语句对其转换成功与否进行测试，比如pd=dynamic_cast<D*>(pb); if(pd){…}else{…}，或者这样测试if(dynamic_cast(pb)){…}else{…}。

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3 static_cast和dynamic_cast操作符的比较

转自C++中static_cast和dynamic_cast强制类型转换

3.1 static_cast（编译时类型检查）

用法：static_cast < type-id > ( expression )，该运算符把expression转换为type-id类型，但没有运行时类型检查来保证转换的安全性，它主要有如下几种用法：
（1）用于基本数据类型之间的转换，如把int转换为char，把int转换成enum，但这种转换的安全性需要开发者自己保证（这可以理解为保证数据的精度，即程序员能不能保证自己想要的程序安全），如在把int转换为char时，如果char没有足够的比特位来存放int的值（int>127或int<-127时），那么static_cast所做的只是简单的截断，及简单地把int的低8位复制到char的8位中，并直接抛弃高位。
（2）把空指针转换成目标类型的空指针
（3）把任何类型的表达式类型转换成void类型
（4）用于类层次结构中父类和子类之间指针和引用的转换。
对于以上第（4）点，存在两种形式的转换，即上行转换（子类到父类）和下行转换（父类到子类）。对于static_cast，上行转换时安全的，而下行转换时不安全的，为什么呢？因为static_cast的转换时粗暴的，它仅根据类型转换语句中提供的信息（尖括号中的类型）来进行转换，这种转换方式对于上行转换，由于子类总是包含父类的所有数据成员和函数成员，因此从子类转换到父类的指针对象可以没有任何顾虑的访问其（指父类）的成员。而对于下行转换为什么不安全，是因为static_cast只是在编译时进行类型坚持，没有运行时的类型检查，具体原理在dynamic_cast中说明。

3.2 dynamic_cast（运行时类型检查）

dynamic_cast主要用于类层次结构中父类和子类之间指针和引用的转换，由于具有运行时类型检查，因此可以保证下行转换的安全性，何为安全性？即转换成功就返回转换后的正确类型指针，如果转换失败，则返回NULL，之所以说static_cast在下行转换时不安全，是因为即使转换失败，它也不返回NULL。
对于上行转换，dynamic_cast和static_cast是一样的。
对于下行转换，说到下行转换，有一点需要了解的是在C++中，一般是可以用父类指针指向一个子类对象，如parent* P1 = new Children(); 但这个指针只能访问父类定义的数据成员和函数，这是C++中的静态联翩，但一般不定义指向父类对象的子类类型指针，如Children* P1 = new parent；这种定义方法不符合生活习惯，在程序设计上也很麻烦。这就解释了也说明了，在上行转换中，static_cast和dynamic_cast效果是一样的，而且都比较安全，因为向上转换的对象一般是指向子类对象的子类类型指针；而在下行转换中，由于可以定义就不同了指向子类对象的父类类型指针，同时static_cast只在编译时进行类型检查，而dynamic_cast是运行时类型检查，则需要视情况而定。下面通过代码进行说明
 

class Base { virtual void fun(){} };

class Derived : public Base { };

（1）由于需要进行向下转换，因此需要定义一个父类类型的指针Base *P，但是由于子类继承与父类，父类指针可以指向父类对象，也可以指向子类对象，这就是重点所在。如果 P指向的确实是子类对象，则dynamic_cast和static_cast都可以转换成功，如下所示：

Base *P = new Derived();
Derived *pd1 = static_cast<Derived *>(P);
Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived *>(P);

（2）但是，如果 P 指向的不是子类对象，而是父类对象，如下所示：

Base *P = new Base;
Derived *pd3 = static_cast<Derived *>(P);
Derived *pd4 = dynamic_cast<Derived *>(P);

在以上转换中，static_cast转换在编译时不会报错，也可以返回一个子类对象指针（假想），但是这样是不安全的，在运行时可能会有问题，因为子类中包含父类中没有的数据和函数成员，这里需要理解转换的字面意思，转换是什么？转换就是把对象从一种类型转换到另一种类型，如果这时用 pd3 去访问子类中有但父类中没有的成员，就会出现访问越界的错误，导致程序崩溃。而dynamic_cast由于具有运行时类型检查功能，它能检查P的类型，由于上述转换是不合理的，所以它返回NULL。

（3）总结：

C++中层次类型转换中无非两种：上行转换和下行转换。
对于上行转换，static_cast和dynamic_cast效果一样，都安全，但基本不用上行转换；
对于下行转换：你必须确定要转换的数据确实是目标类型的数据，即需要注意要转换的父类类型指针是否真的指向子类对象，如果是，static_cast和dynamic_cast都能成功；如果不是static_cast能返回，但是不安全，可能会出现访问越界错误，而dynamic_cast在运行时类型检查过程中，判定该过程不能转换，返回NULL。