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如何在運行時確定對象類型(RTTI)

編輯:關於VC++

RTTI 是“Runtime Type Information”的縮寫,意思是:運行時類型信息。 它提供了運行時確定對象類型的方法。本文將簡略介紹 RTTI 的一些背景知識、描述 RTTI 的概念,並通過具體例子和代碼介紹什麼時候使用以及如何使用 RTTI;本文還將詳細描述兩 個重要的 RTTI 運算符的使用方法,它們是 typeid 和 dynamic_cast。

其實,RTTI 在C++中並不是什麼新的東西,它早在十多年以前就已經出現了。但是大多數 開發人員,包括許多高層次的C++程序員對它並不怎麼熟悉,更不用說使用 RTTI 來設計和編 寫應用程序了。

一些面向對象專家在傳播自己的設計理念時,大多都主張在設計和開發中明智地使用虛擬 成員函數,而不用 RTTI 機制。但是,在很多情況下,虛擬函數無法克服本身的局限。每每 涉及到處理異類容器和根基類層次(如 MFC)時,不可避免要對對象類型進行動態判斷,也 就是動態類型的偵測。如何確定對象的動態類型呢?答案是使用內建的 RTTI 中的運算符: typeid 和 dynamic_cast。

首先讓我們來設計一個類層次,假設我們創建了某個處理文件的抽象基類。它聲明下列純 虛擬函數: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函數(dtor)
};

現在從 File 類派生的類要實現基類的純虛擬函數,同時還要提供一些其他的 操作。假設派生類為 DiskFile,除了實現基類的純虛擬函數外,還要實現自己的flush()和 defragment()操作:class DiskFile: public File
{
public:
int open(const string & filename);
// 實現其他的純虛擬函數
  ......
// 自己的專有操作
virtual int flush();
virtual int defragment();
};

接著,又從 DiskFile 類派生兩個類,假設為 TextFile 和 MediaFile。前者 針對文本文件,後者針對音頻和視頻文件:class TextFile: public DiskFile
{
 // ......
 int sort_by_words();
};
class MediaFile: public DiskFile
{
 //......
};

我們之所以要創建這樣的類層次,是因為這樣做以後可以創建多態對象,如:

File *pfile; // *pfile的靜態類型是 File
if(some_condition)
 pfile = new TextFile; // 動態類型是 TextFile
else
 pfile = new DiskFile; // 動態類型是 DiskFile

假設你正在開發一個基於圖 形用戶界面(GUI)的文件管理器,每個文件都可以以圖標方式顯示。當鼠標移到圖標上並單 擊右鍵時,文件管理器打開一個菜單,每個文件除了共同的菜單項,不同的文件類型還有不 同的菜單項。如:共同的菜單項有“打開”“拷貝”、和“粘貼 ”,此外,還有一些針對特殊文件的專門操作。比如,文本文件會有“編輯 ”操作,而多媒體文件則會有“播放”菜單。為了使用 RTTI 來動態定制菜 單,文件管理器必須偵測每個文件的動態類型。利用 運算符 typeid 可以獲取與某個對象關 聯的運行時類型信息。typeid 有一個參數,傳遞對象或類型名。因此,為了確定 x 的動態 類型是不是Y,可以用表達式:typeid(x) == typeid(Y)實現:

#include <typeinfo> // 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 要注意一個問題,那就是某些編譯器(如 Visual C++)默認狀態 是禁用 RTTI 的,目的是消除性能上的開銷。如果你的程序確實使用了 RTTI,一定要記住在 編譯前啟用 RTTI。使用 typeid 可能產生一些將來的維護問題。假設你決定擴展上述的類層 次,從MediaFile 派生另一個叫 LocalizeMedia 的類,用這個類表示帶有不同語言說明文字 的媒體文件。但 LocalizeMedia 本質上還是個 MediaFile 類型的文件。因此,當用戶在該 類文件圖標上單擊右鍵時,文件管理器必須提供一個“播放”菜單。可惜 build ()成員函數會調用失敗,原因是你沒有檢查這種特定的文件類型。為了解決這個問題,你必 須象下面這樣對 build() 打補丁: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余了,以後每次添加新的類,毫無疑問都必須打類似 的補丁。顯然,這不是一個理想的解決方案。這個時候我們就要用到 dynamic_cast,這個運 算符用於多態編程中保證在運行時發生正確的轉換(即編譯器無法驗證是否發生正確的轉換 )。用它來確定某個對象是 MediaFile 對象還是它的派生類對象。dynamic_cast 常用於從 多態編程基類指針向派生類指針的向下類型轉換。它有兩個參數:一個是類型名;另一個是 多態對象的指針或引用。其功能是在運行時將對象強制轉換為目標類型並返回布爾型結果。 也就是說,如果該函數成功地並且是動態的將 *pfile 強制轉換為 MediaFile,那麼 pfile 的動態類型是 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 <MediaFile *> (pfile))
{
 // pfile 是 MediaFile 或者是MediaFile的派生類 LocalizedMedia
 add_option("play");
}
else if (dynamic_cast <TextFile*> (pfile))
{
 // pfile 是 TextFile 是TextFile的派生類
 add_option("edit");
}
}

細細想一下,雖然使用 dynamic_cast 確實很好地解決了我們的問題,但也需要 我們付出代價,那就是與 typeid 相比,dynamic_cast 不是一個常量時間的操作。為了確定 是否能完成強制類型轉換,dynamic_cast`必須在運行時進行一些轉換細節操作。因此在使用 dynamic_cast 操作時,應該權衡對性能的影響。

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