C/C++开发基础——动态类型转换与RTTI

2023-12-14 08:32:50 浏览数 (1)

本章主要内容:

一,动态类型转换

二,dynamic_cast运算符使用介绍

三,RTTI概念介绍

四,typeid运算符使用介绍

五,type_info类简介

六,参考阅读

C语言风格的强制类型转换不区分应用场景,C 中根据不同的应用场景提供了4种强制类型转换:

1.static_cast

静态类型转换,用来替代C语言风格的强制类型转换和隐式类型转换。

2.dynamic_cast

动态类型转换,应用在运行时的类型转换和识别,常用来将父类类型转换成子类类型。

3.const_cast

const类型转换,可以去除指针或引用的const属性,不能对常量使用const_cast。

4.reinterpret_cast

非关联类型之间的转换,不推荐使用。

一,动态类型转换

动态强制类型转换在代码运行期间进行,动态强制类型转换的实现需要使用dynamic_cast运算符。

dynamic_cast运算符只能应用于多态类相关的指针和应用,且使用dynamic_cast的类需要至少包含一个虚函数。

dynamic_cast运算符的使用方式与static_cast运算符的方式相同,如果强制类型转换不成功,指针会被设置为nullptr。

基类指针只允许调用派生类的虚函数,而dynamic_cast运算符生成的指针可以调用非虚函数。

dynamic_cast运算符在类型转换期间不会改变指针的const属性,如果需要强制类型转换的指针是const类型的,则目标指针也必须是const类型的。

动态类型转换的情况分两种:

1.downcast方式:沿着类层次结构,向下进行强制类型转换,从基类的指针转换为派生类的指针。

2.crosscast方式:相同层次的不同类之间的强制类型转换。

二,dynamic_cast运算符使用介绍

dynamic_cast应用于指针类型的代码样式:

代码语言:javascript复制
<type> *p_subclass = dynamic_cast<<type> *>( p_obj );

dynamic_cast应用于引用类型的代码样式:

代码语言:javascript复制
<type> subclass = dynamic_cast<<type> &>( ref_obj );

对比一下C语言中的强制类型转换的写法:

代码语言:javascript复制
Human* phuman = new Men;
Men* p = (Men*)(phuman);

以上写法无法判断是否转换成功,而dynamic_cast运算符可以检查转换是否成功:

对于指针类型的转换,dynamic_cast运算符转换失败会返回一个空指针。

对于引用类型的转换,dynamic_cast运算符转换失败会抛出bad_cast异常。

完整代码用例如下:

代码语言:javascript复制
#include <iostream>
#include <string>
#include <string_view>
class A
{
public:
    virtual ~A()
    {
    }
};
class B : public A
{
};
int  main()
{
    A* p = new A;
    //引用类型转换
    try
    {
        B& b = dynamic_cast<B&>(*p);
    }
    catch (std::bad_cast exp)
    {
        std::cout << "Caught bad castn";
    }
    //指针类型转换
    try
    {
        B* pB = dynamic_cast<B*>(p);
        if (pB == NULL)
        {
            std::cout << "NULL Pointern";
        }
    }
    catch (std::bad_cast exp)
    {
        std::cout << "Caught bad castn";
    }
    return 0;
}

运行结果:

代码语言:javascript复制
Caught bad cast
NULL Pointer

三,RTTI概念介绍

RTTI的全称是"Run Time Type Identification",即运行时类型识别。

RTTI可以让程序借助基类的指针或引用去检查子类对象的类型。

RTTI的主要目的是获得子类对象的具体信息。

在RTTI场景中,父类的指针可以指向子类对象,代码样例如下:

代码语言:javascript复制
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    virtual void foo()
    {
        cout << "A's foo()" << endl;
    }
};
class B : public A
{
public:
    void foo()
    {
        cout << "B's foo()" << endl;
        A::foo();
    }
};
int main()
{
    B bobj;
    A* aptr = &bobj;
    aptr->foo();
}

运行结果:

代码语言:javascript复制
B's foo()
A's foo()

RTTI主要基于两个运算符来实现:dynamic_cast运算符 & typeid运算符。

1.dynamic_cast运算符: 以安全的方式将父类的指针或引用转换为派生类的指针或引用。

2.typeid运算符:返回指针或引用所指向对象的具体类型。

RTTI中的dynamic_cast运算符可以让父类对象调用子类对象中的普通成员函数。

RTTI中使用dynamic_cast运算符和typeid运算符的相同前提条件:父类中至少有一个虚函数。

四,typeid运算符使用介绍

typeid运算符的使用方式有两种:

代码语言:javascript复制
typeid(类型名)
typeid(表达式)

typeid相等的条件:

(1).两个指针在定义时的类型相同,比如都是"ClassA *"类型,则它们的typeid相等。

(2).两个指针在运行时指向的类型相同,则它们的typeid相等。

代码样例:

代码语言:javascript复制
Human* phuman = new Men;
if(typeid(*phuman) == typeid(Men))
{
    cout << "phuman point to Men" << endl;
}

完整代码用例如下:

代码语言:javascript复制
#include <iostream>
#include <typeinfo>

class B1 {
public:
    virtual void fun() {}
};

class B2 {};
class D1 : public B1 {};
class D2 : public B2 {};
using namespace std;

int main() {
    D1* d1 = new D1;
    B1* b1 = d1;
    D2* d2 = new D2;
    B2* b2 = d2;

    cout << typeid(d1).name() << endl;
    cout << typeid(*d1).name() << endl;
    cout << typeid(b1).name() << endl;
    cout << typeid(*b1).name() << endl;
    cout << typeid(d2).name() << endl;
    cout << typeid(*d2).name() << endl;
    cout << typeid(b2).name() << endl;
    cout << typeid(*b2).name() << endl;
}

运行结果:

代码语言:javascript复制
class D1 *
class D1
class B1 *
class D1
class D2 *
class D2
class B2 *
class B2

注意,使用typeid运算符可以返回一个type_info对象。

五,type_info类简介

type_info是一个类,用于描述编译器在程序运行期间生成的类型信息。

type_info类的对象可以存储指向类型的名称的指针。

type_info对象只能被typeid运算符构造,不能直接实例化type_info对象,也不能复制type_info类的值。

type_info类的常用成员函数有:

operator==:检查类型是否相等。

operator!=:检查类型是否不相等。

before:检查类型的排序。

name:返回类型名称。

hash_code:返回类型对应的标识符。

代码样例:

Demo1:

代码语言:javascript复制
#include <iostream> 
#include <typeinfo> 
int main() {
   int i;
   int* pi;
   std::cout << "int is: " << typeid(int).name() << 'n';
   std::cout << "  i is: " << typeid(i).name() << 'n';
   std::cout << " pi is: " << typeid(pi).name() << 'n';
   std::cout << "*pi is: " << typeid(*pi).name() << 'n';
   return 0;
}

运行结果:

代码语言:javascript复制
int is: int
  i is: int
pi is: int *
*pi is: int

Demo2:

代码语言:javascript复制
#include <iostream>
#include <typeinfo>
int main() {
    if (typeid(int).before(typeid(char)))
        std::cout << "int goes before char in this implementation.n";
    else
        std::cout << "char goes before int in this implementation.n";
    return 0;
}

运行结果:

代码语言:javascript复制
char goes before int in this implementation.

Demo3:

代码语言:javascript复制
#include <iostream>
#include <typeinfo>

struct Base {};
struct Derived : Base {};
struct Poly_Base { virtual void Member() {} };
struct Poly_Derived : Poly_Base {};

typedef int my_int_type;

int main() {
    std::cout << std::boolalpha;

    // fundamental types:
    std::cout << "int vs my_int_type: ";
    std::cout << (typeid(int) == typeid(my_int_type)) << 'n';

    // class types:
    std::cout << "Base vs Derived: ";
    std::cout << (typeid(Base) == typeid(Derived)) << 'n';

    // non-polymorphic object:
    Base* pbase = new Derived;

    std::cout << "Base vs *pbase: ";
    std::cout << (typeid(Base) == typeid(*pbase)) << 'n';

    // polymorphic object:
    Poly_Base* ppolybase = new Poly_Derived;

    std::cout << "Poly_Base vs *ppolybase: ";
    std::cout << (typeid(Poly_Base) == typeid(*ppolybase)) << 'n';

    return 0;
}

运行结果:

代码语言:javascript复制
int vs my_int_type: true
Base vs Derived: false
Base vs *pbase: true
Poly_Base vs *ppolybase: false

六,参考阅读

《C 新经典》

《C Primer》

《C Primer Plus》

《C 高级编程》

https://cplusplus.com/reference/typeinfo/type_info/

0 人点赞