C++开发基础——动态类型转换与RTTI

2024-03-12 08:20
文章标签 基础 动态 c++ 开发 类型转换 rtti

本文主要是介绍C++开发基础——动态类型转换与RTTI，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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：

<type> *p_subclass = dynamic_cast<<type> *>( p_obj );

dynamic_cast应用于引用类型的代码样式：

<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：

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：

#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 cast\n";}//指针类型转换try{B* pB = dynamic_cast<B*>(p);if (pB == NULL){std::cout << "NULL Pointer\n";}}catch (std::bad_cast exp){std::cout << "Caught bad cast\n";}return 0;
}

运行结果：

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：

#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：

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：

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：

Human* phuman = new Men;
if(typeid(*phuman) == typeid(Men))
{cout << "phuman point to Men" << endl;
}

完整代码用例如下：

#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：

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：

#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：

int is: inti is: int
pi is: int *
*pi is: int

Demo2：

#include <iostream>
#include <typeinfo>
int main() {if (typeid(int).before(typeid(char)))std::cout << "int goes before char in this implementation.\n";elsestd::cout << "char goes before int in this implementation.\n";return 0;
}

运行结果：

char goes before int in this implementation.

Demo3：

#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： 

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/

这篇关于C++开发基础——动态类型转换与RTTI的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/800664。

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