【c++】多态+RTTI （运行时的类型识别信息）

RTTI（Run-Time Type Information，运行时类型识别） 是 C++ 提供的一种机制，允许在程序运行时获取对象的实际类型。

它主要依赖 虚函数表（vtable） 进行类型信息存储和查找，适用于多态场景。
指向虚函数的指针/引用，操纵对象时获取指针/引用所指对象的实际派生类型

• typeid 运算符
  • 用于在运行时获取对象的实际类型信息。
  • typeid 运算符不仅限于多态场景，它可以用于任何类型，无论该类型是否含有虚函数。
    但在多态类中，typeid 依赖 RTTI（运行时类型识别） 来获取真实类型，否则它只能返回静态类型

• dynamic_cast 类型转换
  • 通过 RTTI 判断是否能安全地将基类指针/引用转换为派生类指针/引用。

• 隐藏的类型信息存储
  • 当类包含 虚函数 时，编译器会生成一个特殊的类型信息结构，用于存储 type_info 相关信息。
  • 该信息通常存储在虚表（vtable）的起始部分。指针指向存储该列的类型数据以及继承关系等等

在 C++ 中，如果一个类包含虚函数，则编译器会在其对象的 虚表（vtable） 中额外存储类型识别信息（RTTI）。

虚表结构示意

假设我们有以下类：

#include <iostream>
#include <typeinfo>class Base {
public:virtual ~Base() {}  // 含虚函数，产生虚表
};class Derived : public Base {};int main() {Base* ptr = new Derived();std::cout << typeid(*ptr).name() << std::endl;delete ptr;
}

当 ptr 指向 Derived 时：

1. Base 含有虚函数，所以对象包含 vtable 指针（vptr）。
2. vtable 中存储 RTTI 信息，包括 typeid 需要的类型名。
3. typeid 通过 RTTI 获取 Derived 类型的信息。

示意结构：

Base 对象：
[ vptr -> Base vtable ]  [ RTTI（类型信息） ]  [ 虚函数地址 ]Derived 对象：
[ vptr -> Derived vtable ]  [ RTTI（类型信息） ]  [ 虚函数地址 ]

typeid 运算符不仅限于多态场景，它可以用于任何类型，无论该类型是否含有虚函数。
但在多态类中，typeid 依赖 RTTI（运行时类型识别） 来获取真实类型，否则它只能返回静态类型。

typeid 用于获取类型信息，返回 std::type_info 对象，可以通过 .name() 获取类型名称：

#include <iostream>
#include <typeinfo>class A {};
class B { virtual void func() {} };  // 含虚函数int main() {A a;B b;std::cout << "Type of a: " << typeid(a).name() << std::endl;  // 静态类型std::cout << "Type of b: " << typeid(b).name() << std::endl;  // 静态类型return 0;
}

输出（可能因编译器不同有所变化）：

Type of a: A
Type of b: B

说明：

• typeid(a).name() 直接返回 A，因为 A 没有虚函数，不涉及 RTTI。
• typeid(b).name() 直接返回 B，尽管 B 有虚函数，但这里 b 是对象（非指针/引用），仍然是静态类型。

如果 typeid 作用于指针或引用，且对象属于多态类（含虚函数），它会返回实际类型：

#include <iostream>
#include <typeinfo>class Base { 
public: virtual ~Base() {} 
};
class Derived : public Base {};int main() {Base* p = new Derived();std::cout << "Actual type: " << typeid(*p).name() << std::endl;  // 获取派生类类型delete p;
}

输出：

Actual type: Derived

说明：

• Base 含有虚函数，因此 typeid(*p) 通过 RTTI 识别真实类型 Derived，而不是 Base。 通过虚函数指针找到虚表 虚表中RTTI指向存储的类型信息、
• 如果 Base 没有虚函数，那么 typeid(*p) 只能识别静态类型 Base。

即使类没有虚函数，typeid 仍然适用，但它只能返回编译时的静态类型：

#include <iostream>
#include <typeinfo>class X {};
class Y : public X {};int main() {X* p = new Y();std::cout << "Type: " << typeid(*p).name() << std::endl;delete p;
}

输出：

Type: X

说明：

• X 没有虚函数，因此 typeid(*p) 只能识别静态类型 X，无法获取 Y。
• 只有多态类（含虚函数）时，RTTI 才能生效，返回 Y。

typeid 也适用于基本数据类型：

#include <iostream>
#include <typeinfo>int main() {int a = 10;double b = 5.5;char c = 'A';std::cout << typeid(a).name() << std::endl;  // 输出 "int"std::cout << typeid(b).name() << std::endl;  // 输出 "double"std::cout << typeid(c).name() << std::endl;  // 输出 "char"return 0;
}

输出（可能因编译器不同有所变化）

i
d
c

说明：

• i 表示 int
• d 表示 double
• c 表示 char

不同编译器对 name() 的输出可能不同（例如 GCC 可能返回 _Z1i 等被修饰的名称）。

typeid 返回 std::type_info 对象，可用于比较类型：

#include <iostream>
#include <typeinfo>int main() {int a;double b;if (typeid(a) == typeid(int)) {std::cout << "a is int" << std::endl;}if (typeid(a) != typeid(b)) {std::cout << "a and b are different types" << std::endl;}return 0;
}

输出：

a is int
a and b are different types

说明：

• typeid(a) == typeid(int) 直接比较类型信息。
• typeid(a) != typeid(b) 说明 int 和 double 是不同类型。

• RTTI 依赖虚表（vtable），仅适用于包含虚函数的类
  • 没有虚函数的类不会生成 RTTI 信息，dynamic_cast 对非多态类无效。

• dynamic_cast 只能用于指针或引用
  • 不能用于值类型转换。
• RTTI 可能影响性能
  • dynamic_cast 需要查找继承层次，性能比普通转换稍低。

dynamic_cast会在后续的c++四种类型转换中详细说明