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;}

运行结果：

（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; */}

结果：

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);