运行时类型识别（RTTI）与动态类型转换原理(reinterpret_cast const_cast static_cast dynamic_cast)

RTTI的三个作用

(1)配合typeid操作符的实现

(2)实现异常处理中catch 的匹配过程

(3)实现动态类型转换dynamic_cast

1.typeid操作符的实现

（1）静态类型

使用typeid关键字来获取对象类型的信息，返回值是const std::type_info&

#include<iostream>
using namespace std;
#include<assert.h>
struct B{}b,c;
struct D：B{}d;
void main()
{
const std::type_info& tb= typeid(b);
const std::type_info& tc= typeid(c);
const std::type_info& td= typeid(d);
assert(tb == tc);//相同类型
assert(&tb == &tc);//引用也是相同的对象
assert(tb != td);//b d类型不相同
assert(&tb != &td);// b , d的引用也不相同
}

(二)动态类型的情形

typeid的操作数的引用是一个动态类（含有虚函数的类）类型时，返回值是被引用对象对应类型的类型信息对象

#include<iostream>
#include<typeinfo>
#include<assert.h>
using namespace std;
struct B
{
virtual void foo(){}
};
struct C
{
virtual void bar(){}
};
struct D:B, C{};
int main()
{
D d;
B& rb = d;
C& rc = d;
assert(typeid(rb) == typeid(d));//rb的引用类型与d相同
assert(typeid(rb) == typeid(rc));//rb的引用类型与rc的引用类型相同
}

如果表达式的类型是类类型而且至少包含一个虚函数，typeid返回表达式的动态类型，需要在运行时计算，否则typeid操作符将会返回表达式的静态类型，在编译时计算

#include<iostream>
#include<typeinfo>
using namespace std;
class BaseA{};
class DerivedA:public BaseA{};
class BaseB
{
virtual void fun()
{}
};
class DerivedB:public BaseB
{
};
void main()
{
cout<<"-----直接处理类名--------"<<endl;
cout<<typeid(BaseA).name()<<endl;
cout<<typeid(DerivedA).name()<<endl;
cout<<typeid(BaseB).name()<<endl;
cout<<typeid(DerivedB).name()<<endl;
cout<<"-----基类不含虚函数------"<<endl;
BaseA baseA;
DerivedA derivedA;
cout<<typeid(baseA).name()<<endl;
cout<<typeid(derivedA).name()<<endl;
BaseA *pa;
pa = &baseA;
cout<<typeid(*pa).name()<<endl;
cout<<typeid(pa).name()<<endl;
pa = &derivedA;
cout<<typeid(*pa).name()<<endl;
cout<<typeid(pa).name()<<endl;
cout<<"---基类含有虚函数---"<<endl;
BaseB baseB;
DerivedB deriveB;
cout<<typeid(baseB).name()<<endl;
cout<<typeid(deriveB).name()<<endl;
BaseB *pb;
pb = &baseB;
cout<<typeid(*pb).name()<<endl;
cout<<typeid(pb).name()<<endl;
pb = &deriveB;
cout<<typeid(*pb).name()<<endl;
cout<<typeid(pb).name()<<endl;
}

（1）当typeid 操作符的操作数是不带有虚函数的类类型时，typeid操作符会指出操作数的类型，而不是底层对象的类型

（2）如果typeid 操作符的操作数是至少包含一个虚函数的类类型时，并且该表达时是一个基类的引用，则typeid操作符指出底层对象的派生类类型

显式转换：

显示转换也称为强制类型转换（cast).包含以下强制类型转换的操作符

(1)static_cast

(2)dynamic_cast

(3)const_cast

(4)reinterpret_cast

转换的形式为：

cast_name<type>(expression)

cast_name为上述操作符的任意一个

type 为目标类型

expression 为被强制转换的表达式类型

(一)static_cast

（1）编译器隐式执行的任何类型转换都可以由static_cast来完成

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
double d = 97.0;
int i = static_cast<int>(d);
cout<<i<<endl;
}

（2）类层次之间上行/下行转换可以由static_cast 显式完成

但是（下行转换）把基类指针或引用转换为子类指针或者引用，由于没有动态类型检查，所以是不安全的（下行转换是不安全的）

#include<iostream>
#include<typeinfo>
using namespace std;
class Base{};
class Derived:public Base{};
int main()
{
Base *b = new Base;
cout<<typeid(b).name()<<endl;
Derived *c;
c = static_cast<Derived*>(b);
cout<<typeid(c).name()<<endl;
}

运行结果：

C++基本类型的指针之间不含有隐式类型转换

（二）dynamic

cast_name<type>(expression)

作用：把expression 转换为type类型的对象

type 必须是类的指针，引用或者void*

如果type是指针类型，那么expression也是指针类型

如果type是引用类型,那么expression也是引用类型

dynamic_cast 涉及类型安全检查，dynamic_cast运行时类型检查，需要运行时类型信息，而这个信息存储在类的虚函数表中，只有定义了虚函数的类才有虚函数表，对于没有虚函数表的类使用会导致dynamic_cast 编译错误

如果绑定到引用或者指针的对象类型不是目标类型，则dynamic_cast失败

如果转换到指针类型的dynamic_cast失败，则dynamic_cast的结果为0

如果转换到引用类型的dynamic_cast失败，则抛出一个bad_cast的异常

可以在执行期决定真正的类型

如果下行转换是安全的（基类的指针或者引用确实指向一个派生类的对象），这个运算符就会传回转型过的指针

如果不安全，就传回空指针

进行上行转换与static_cast效果相同

进行下行转换时，dynamic_cast有类型的检查功能， 比static_const 更加安全

接下来下面的例子更好的理解dynamic_cast

#include<iostream>
#include<typeinfo>
using namespace std;
class Base
{
public:
Base():b(1){}
virtual void foo()
{}
int b;
};
class Derived:public Base
{
public:
Derived():d(2){}
int d;
};
int main()
{
Base *pb = new Derived;
Derived *pd1 = static_cast<Derived*>(pb);
cout<<pd1->b<<endl;
cout<<pd1->d<<endl;
Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived*>(pb);
cout<<pd2->b<<endl;
cout<<pd2->d<<endl;
}

运行结果：

分析：

Pd1和pd2是一样的，如果对这两个指针执行Derived类型的任何操作都是安全的，所以编译正常，运行正常，输出结果 正确

如果改为以下：

#include<iostream>
#include<typeinfo>
using namespace std;
class Base
{
public:
Base():b(1){}
virtual void foo()
{}
int b;
};
class Derived:public Base
{
public:
Derived():d(2){}
int d;
};
int main()
{
Base *pb = new Base;//改为指向base类型
Derived *pd1 = static_cast<Derived*>(pb);
cout<<pd1->b<<endl;
cout<<pd1->d<<endl;
/* Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived*>(pb);
cout<<pd2->b<<endl;
cout<<pd2->d<<endl;
*/
}

分析：

Pd1是一个指向B对象的指针，对它进行D类型操作时，是不安全的，输出的d

的值就是一个垃圾值，但是static_cast没有类型安全检查，所以程序正常运行

#include<iostream>
#include<typeinfo>
using namespace std;
class Base
{
public:
Base():b(1){}
virtual void foo()
{}
int b;
}；
class Derived:public Base

{
public:

Derived():d(2){}

int d;
};
int main()
{ 

Base *pb = new Base; 

/*Derived *pd1 = static_cast<Derived*>(pb); 

cout<<pd1->b<<endl; 

cout<<pd1->d<<endl;*/ 

Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived*>(pb);

cout<<pd2->b<<endl; 

cout<<pd2->d<<endl;
}
分析因为是不安全的，所以dynamic_cast会返回一个空指针，对空指针进行操作，就会发生异常


问题：
如果B中没有虚函数，会发生什么情况？
#include<iostream>
#include<typeinfo>
using namespace std;
class Base
{
public:
Base():b(1){}
//virtual void foo()
//{}
int b;
};
class Derived:public Base
{
public:
Derived():d(2){}
int d;
};
int main()
{
Base *pb = new Derived;
Derived *pd1 = static_cast<Derived*>(pb);
cout<<pd1->b<<endl;
cout<<pd1->d<<endl;
/* Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived*>(pb);
cout<<pd2->b<<endl;
cout<<pd2->d<<endl;
*/
}




编译结果：正常编译
运行结果：正常运行






static_cast没有必须有虚函数表的限制，所以正常编译，正常运行
如果改为下面代码：

#include<iostream>
#include<typeinfo>
using namespace std;
class Base
{
public:
Base():b(1){}
//virtual void foo()
//{}
int b;
};
class Derived:public Base
{
public:
Derived():d(2){}
int d;
};
int main()
{
Base *pb = new Derived;
/*Derived *pd1 = static_cast<Derived*>(pb);
cout<<pd1->b<<endl;
cout<<pd1->d<<endl;*/
Derived *pd2 = dynamic_cast<Derived*>(pb);
cout<<pd2->b<<endl;
cout<<pd2->d<<endl;
}




编译结果：







分析：dynamic_cast运行时类型安全检查需要运行时类型信息，而这个信息存储在类的虚函数表中，只有定义了虚函数的类才有虚函数表，所以就会编译错误




#include<iostream>
using namespace std;
class Base1
{
virtual void f1()
{
cout<<"Base1::f1"<<endl;
}
};
class Base2
{
virtual void f2()
{
cout<<"Base2:f2"<<endl;
}
};
class Derived:public Base1, public Base2
{
void f1()
{
cout<<"Derived::f1"<<endl;
}
void f2()
{
cout<<"Derived::f2"<<endl;
}
};
int main()
{
Base1 *pb= new Derived;
Derived *pd1 = dynamic_cast<Derived*>(pb);
Derived *pd2 = static_cast<Derived*>(pb);
Base2 *pb1 = dynamic_cast<Base2*>(pb);
Base2 *pb2 = static_cast<Base2*>(pb);
}







运行结果：








分析：对于多重继承，如果pb 真的指向Derived, 使用dynamic_cast 或者 static_cast都可以，但是如果要转化Base1 为其兄弟类Base2, 必须使用dynamic_cast,
使用static_cast无法编译




（三）const_cast
将转换表达式的const 性质
只有用const_cast才能将const性质转换掉，除了添加和删除const 特性，用const_cast符来执行其它任何类型的转换都会引起编译错误
const double
val = 0.1;
double *ptr = const_cast<double*>(&val);



（四）reinterpret_cast
显式强制类型转换用圆括号实现

int *p;
char *ptr = (char*)p;
效果与使用reinterpret相同
char *pc = reinterpret_cast<char*>(p);

最后

以上就是虚幻御姐为你收集整理的运行时类型识别（RTTI）与动态类型转换原理(reinterpret_cast const_cast static_cast dynamic_cast)的全部内容，希望文章能够帮你解决运行时类型识别（RTTI）与动态类型转换原理(reinterpret_cast const_cast static_cast dynamic_cast)所遇到的程序开发问题。

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