C++ RTTI机制（C++运行时类型识别）

一般情况下，在编译期间就能确定一个表达式的类型，但是当存在多态时，有些表达式的类型在编译期间就无法确定了，必须等到程序运行后根据实际的环境来确定。下面的例子演示了这种情况：

#include <iostream>
using namespace std;
//基类
class Base{
public:
    virtual void func();
protected:
    int m_a;
    int m_b;
};
void Base::func(){ cout<<"Base"<<endl; }
//派生类
class Derived: public Base{
public:
    void func();
private:
    int m_c;
};
void Derived::func(){ cout<<"Derived"<<endl; }
int main(){
    Base *p;
    int n;
  
    cin>>n;
    if(n <= 100){
        p = new Base();
    }else{
        p = new Derived();
    }
    cout<<typeid(*p).name()<<endl;
    return 0;
}

输入 45，运行结果为：

输入 130，运行结果为：

基类 Base 包含了一个虚函数，派生类 Derived 又定义了一个原型相同的函数遮蔽了它，这就构成了多态。p 是基类的指针，可以指向基类对象，也可以指向派生类对象；*p表示 p 指向的对象。

从代码中可以看出，用户输入的数字不同，*p表示的对象就不同，typeid 获取到的类型也就不同，编译器在编译期间无法预估用户的输入，所以无法确定*p的类型，必须等到程序真的运行了、用户输入完毕了才能确定*p的类型。

根据前面讲过的知识，C++ 的对象内存模型主要包含了以下几个方面的内容：

• 如果没有虚函数也没有虚继承，那么对象内存模型中只有成员变量。
• 如果类包含了虚函数，那么会额外添加一个虚函数表，并在对象内存中插入一个指针，指向这个虚函数表。
• 如果类包含了虚继承，那么会额外添加一个虚基类表，并在对象内存中插入一个指针，指向这个虚基类表。

现在我们要补充的一点是，如果类包含了虚函数，那么该类的对象内存中还会额外增加类型信息，也即 type_info 对象。以上面的代码为例，Base 和 Derived 的对象内存模型如下图所示：

编译器会在虚函数表 vftable 的开头插入一个指针，指向当前类对应的 type_info 对象。当程序在运行阶段获取类型信息时，可以通过对象指针 p 找到虚函数表指针 vfptr，再通过 vfptr 找到 type_info 对象的指针，进而取得类型信息。下面的代码演示了这种转换过程：

程序运行后，不管 p 指向 Base 类对象还是指向 Derived 类对象，只要执行这条语句就可以取得 type_info 对象。

编译器在编译阶段无法确定 p 指向哪个对象，也就无法获取*p的类型信息，但是编译器可以在编译阶段做好各种准备，这样程序在运行后可以借助这些准备好的数据来获取类型信息。这些准备包括：

• 创建 type_info 对象，并在 vftable 的开头插入一个指针，指向 type_info 对象。
• 将获取类型信息的操作转换成类似**(p->vfptr - 1)这样的语句。

这样做虽然会占用更多的内存，效率也降低了，但这是没办法的事情，编译器实在是无能为力了。

这种在程序运行后确定对象的类型信息的机制称为运行时类型识别（Run-Time Type Identification，RTTI）。在 C++ 中，只有类中包含了虚函数时才会启用 RTTI 机制，其他所有情况都可以在编译阶段确定类型信息。

下面是 RTTI  机制的一个具体应用，可以让代码根据不同的类型进行不同的操作：

#include <iostream>
using namespace std;
//基类
class People{
public:
    virtual void func(){ }
};
//派生类
class Student: public People{ };
int main(){
    People *p;
    int n;
  
    cin>>n;
    if(n <= 100){
        p = new People();
    }else{
        p = new Student();
    }
    //根据不同的类型进行不同的操作
    if(typeid(*p) == typeid(People)){
        cout<<"I am human."<<endl;
    }else{
        cout<<"I am a student."<<endl;
    }
    return 0;
}

可能的运行结果：

多态（Polymorphism）是面向对象编程的一个重要特征，它极大地增加了程序的灵活性，C++、C#、Java 等“正统的”面向对象编程语言都支持多态。但是支持多态的代价也是很大的，有些信息在编译阶段无法确定下来，必须提前做好充足的准备，让程序运行后再执行一段代码获取，这会消耗更多的内存和 CPU 资源。