C++ 宏、范型和RTTI 浅析

【摘要】

       RTTI(Run-Time Type Identification)是面向对象程序设计中一种重要的技术。

现行的C++标准对RTTI已经有了明白的支持。

只是在某些情况下出于特殊的开发须要，我们须要自己编码来实现。本文介绍了一些关于RTTI的基础知识及其原理和实现，并分析比較三者是线上的差异与联系。

【正文】

RTTI 的需求

和非常多其它语言一样，C++是一种静态类型语言。其数据类型是在编译期就确定的，不能在执行时更改。然而因为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。

有时我们须要将一个多态指针转换为事实上际指向对象的类型。就须要知道执行时的类型信息。这就产生了执行时类型识别的要求。

C++对RTTI的支持

C++提供了两个keywordtypeid和dynamic_cast，一个类type_info来支持RTTI。

  dynamic_cast操作符：它同意在执行时刻进行类型转换，从而使程序可以在一个类层次结构安全地转换类型。dynamic_cast提供了两种转换方式。把基类指针转换成派生类指针，或者把指向基类的左值转换成派生类的引用。

见下例讲述：

void company::payroll(employee *pe) {
//对指针转换失败，dynamic_cast返回NULL
if(programmer *pm=dynamic_cast(pe)){
pm->bonus();
}
}
 
void company::payroll(employee &re) {
try{
//对引用转换失败的话，则会以抛出异常来报告错误
programmer &rm=dynamic_cast(re);
pm->bonus();
}
catch(std::bad_cast){
}
}

这里bonus是programmer的成员函数，基类employee不具备这个特性。

所以我们必须使用安全的由基类到派生类类型转换，识别出programmer指针。

 typeid操作符：它指出指针或引用指向的对象的实际派生类型。

比如：

employee* pe=new manager;
typeid(*pe)==typeid(manager) //true 

typeid能够用于作用于各种类型名，对象和内置基本数据类型的实例、指针或者引用，当作用于指针和引用将返回它实际指向对象的类型信息。typeid的返回是type_info类型。

type_info类：这个类的确切定义是与编译器实现相关的。以下是《C++ Primer》中给出的定义(參考资料[2]中谈到编译器必须提供的最小信息量)：

class type_info {
private:
type_info(const type_info&);
type_info& operator=( const type_info& );
public:
virtual ~type_info();
int operator==( const type_info& ) const;
int operator!=( const type_info& ) const;
const char* name() const;
};

详见：http://bbs.csdn.net/topics/40414128

三者比較：

宏能够在编译前用字符替换的办法展开，减轻程序猿反复编码的工作量。

c++的范型（模版）也是在编译时确定终于的程序样式。他用的办法是编译时确定类型信息。



RTTI是执行期类型信息，能够在执行时得到对象的类型信息。



我们考察一个程序，为了说明问题，我特意找了一个简单的程序，这个程序比較a和b，假设a大于b就交换他们。可是。a、b的类型并不确定可能是字符串也可能是整数还可能是复数。为了简洁和不至于造成过的混淆，我不使用操作符重载。假定不论什么操作都是基于对象方法的，为了完毕这个函数。a、b必须支持compare（比較）和swape（交换）方法。



我们不清楚a、b的类型，假设有3种类型我们就必须写3个函数吗？那太累人了。我们用宏来定义这个函数好了。

#define exchange(a,b) if(a.compare(b))a.swape(b);

这样我们在使用的时候就能够直接使用exchange宏来表达这个函数，并且能够适应各种类型，仅仅要他们都支持这两个函数就能够。

我们还能够用范型来实现这个函数

template<typename T>

void exchange(T &a, T &b)

{

  if(a.compare(b))a.swape(b)

}

我们相同达到了目的。



假设编译器支持丰富的RTTI，我们还能够用脚本语言的方式来实现他们。

exchange(a, b)

{

  if(a.compare(b))a.swape(b);

}



上面三种方式区别在哪里呢？

第一种。使用字符替换的方式，在编译前展开宏，使之成为程序中的一段代码。

另外一种，在编译时。确定调用函数的參数的类型，并自己主动生成一个这个类型的暂时函数。

第三种。在执行时依据參数的类型确定是否可以执行这段程序。

前2种都是在编译时确认的。第三种是在执行时确定的。

在程序设计中有着大量的反复代码，我们须要一种方法来提高效率，可是为什么看着结构类似的程序须要反复代码呢？最重要的原因是，传统的程序中实体（函数、变量、属性等等）在编译时都须要内存中一块确定的地址（或者相对基址的偏移）来指代。这时cpu处理方式的内在要求，而这个和程序设计时依照名字引用的思维习惯是不一致的。

我们能够用宏和模版来取代手工对每一个类型的特化，可是在程序中仍然是使用地址来指代实体的。实际上每一个类型的特化程序依旧存在，仅仅是在程序设计外观上不可见了。

第三种方式。使用RTTI。程序中的实体都不再是确定的地址来指代，而是通过字符串名称（或者实体表）来指代，在执行时依据名称来特化。这样的方法和前2个方法是本质的不同。

使用RTTI能够在非常大程度上减轻宏和静态模版带来的副作用，使程序具有更加优雅的外观。

可是。C++的宏和静态模版也不是一无是处。他用在对效率更加严格场合是很合适的。