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C++ 宏、范型和RTTI 浅析

时间:2015-07-26 22:43:46      阅读:177      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:rtti   模板   typeid   type_info   dynamic_cast   

【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已经有了明确的支持。不过在某些情况下出于特殊的开发需要,我们需要自己编码来实现。本文介绍了一些关于RTTI的基础知识及其原理和实现,并分析比较三者是线上的差异与联系。

【正文】

RTTI 的需求

       和很多其他语言一样,C++是一种静态类型语言。其数据类型是在编译期就确定的,不能在运行时更改。然而由于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。有时我们需要将一个多态指针转换为其实际指向对象的类型,就需要知道运行时的类型信息,这就产生了运行时类型识别的要求。
C++对RTTI的支持

     C++提供了两个关键字typeid和dynamic_cast,一个type_info来支持RTTI。

     dynamic_cast操作符:它允许在运行时刻进行类型转换,从而使程序能够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。
       例如:

employee* pe=new manager;
typeid(*pe)==typeid(manager) //true 
       typeid可以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,下面是《C++ Primer》中给出的定义(参考资料[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


三者比较:

宏可以在编译前用字符替换的办法展开,减轻程序员重复编码的工作量。

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

RTTI是运行期类型信息,可以在运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,这个程序比较a和b,如果a大于b就交换他们。但是,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,假定任何操作都是基于对象方法的,为了完成这个函数,a、b必须支持compare(比较)和swape(交换)方法。

我们不清楚a、b的类型,如果有3种类型我们就必须写3个函数吗?那太累人了。我们用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可以直接使用exchange宏来表达这个函数,而且可以适应各种类型,只要他们都支持这两个函数就可以。

我们还可以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)
}
我们同样达到了目的。

如果编译器支持丰富的RTTI,我们还可以用脚本语言的方式来实现他们。
exchange(a, b)
{
  if(a.compare(b))a.swape(b);
}

上面三种方式差别在哪里呢?
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。
第二种,在编译时,确定调用函数的参数的类型,并自动生成一个这个类型的临时函数。
第三种,在运行时根据参数的类型确定是否能够执行这段程序。
前2种都是在编译时确认的,第三种是在运行时确定的。
在程序设计中有着大量的重复代码,我们需要一种方法来提高效率,但是为什么看着结构类似的程序需要重复代码呢?最重要的原因是,传统的程序中实体(函数、变量、属性等等)在编译时都需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按照名字引用的思维习惯是不一致的。
我们可以用宏和模版来代替手工对每个类型的特化,但是在程序中仍然是使用地址来指代实体的。实际上每个类型的特化程序依然存在,只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,在运行时根据名称来特化。这种方法和前2个方法是本质的不同。
使用RTTI可以在很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。
但是,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非常合适的。

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C++ 宏、范型和RTTI 浅析

标签:rtti   模板   typeid   type_info   dynamic_cast   

原文地址:http://blog.csdn.net/u013630349/article/details/47071593

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