如何在執行時確定物件型別（RTTI）

RTTI 是“Runtime Type Information”的縮寫，意思是：執行時型別資訊。它提供了執行時確定物件型別的方法。本文將簡略介紹 RTTI 的一些背景知識、描述 RTTI 的概念，並通過具體例子和程式碼介紹什麼時候使用以及如何使用 RTTI；本文還將詳細描述兩個重要的 RTTI 運算子的使用方法，它們是 typeid 和 dynamic_cast。
    其實，RTTI 在C++中並不是什麼新的東西，它早在十多年以前就已經出現了。但是大多數開發人員，包括許多高層次的C++程式設計師對它並不怎麼熟悉，更不用說使用 RTTI 來設計和編寫應用程式了。
    一些物件導向專家在傳播自己的設計理念時，大多都主張在設計和開發中明智地使用虛擬成員函式，而不用 RTTI 機制。但是，在很多情況下，虛擬函式無法克服本身的侷限。每每涉及到處理異類容器和根基類層次（如 MFC）時，不可避免要對物件型別進行動態判斷，也就是動態型別的偵測。如何確定物件的動態型別呢？答案是使用內建的 RTTI 中的運算子：typeid 和 dynamic_cast。
    首先讓我們來設計一個類層次，假設我們建立了某個處理檔案的抽象基類。它宣告下列純虛擬函式：open()、close()、read()和 write()：

class File
{
public:
 virtual int open(const string & filename)=0;
 virtual int close(const string & filename)=0;
 //
 virtual ~File()=0; // 記住新增純虛擬解構函式（dtor）
};

現在從 File 類派生的類要實現基類的純虛擬函式，同時還要提供一些其他的操作。假設派生類為 DiskFile，除了實現基類的純虛擬函式外，還要實現自己的flush()和defragment()操作：

class DiskFile: public File
{
public:
 int open(const string & filename);

 // 實現其他的純虛擬函式
    ......

 // 自己的專有操作
 virtual int flush();
 virtual int defragment();
};    

接著，又從 DiskFile 類派生兩個類，假設為 TextFile 和 MediaFile。前者針對文字檔案，後者針對音訊和視訊檔案：

class TextFile: public DiskFile
{
  // ......
  int  sort_by_words();
};

class MediaFile: public DiskFile
{
  //......
};        

我們之所以要建立這樣的類層次，是因為這樣做以後可以建立多型物件，如：

File *pfile; // *pfile的靜態型別是 File
if(some_condition)
  pfile = new TextFile; // 動態型別是 TextFile
else
  pfile = new DiskFile; // 動態型別是 DiskFile       

    假設你正在開發一個基於圖形使用者介面（GUI）的檔案管理器，每個檔案都可以以圖示方式顯示。當滑鼠移到圖示上並單擊右鍵時，檔案管理器開啟一個選單，每個檔案除了共同的選單項，不同的檔案型別還有不同的選單項。如：共同的選單項有“開啟”“拷貝”、和“貼上”，此外，還有一些針對特殊檔案的專門操作。比如，文字檔案會有“編輯”操作，而多媒體檔案則會有“播放”選單。為了使用 RTTI 來動態定製選單，檔案管理器必須偵測每個檔案的動態型別。利用 運算子 typeid 可以獲取與某個物件關聯的執行時型別資訊。typeid 有一個引數，傳遞物件或型別名。因此，為了確定 x 的動態型別是不是Y，可以用表示式：typeid(x) == typeid(Y)實現：

#include <typeinfo> // typeid 需要的標頭檔案
void menu::build(const File * pfile)
{
 if (typeid(*pfile)==typeid(TextFile))
 {
  add_option("edit"); 
 }
 else if (typeid(*pfile)==typeid(MediaFile))
 {
 add_option("play"); 
 }
}      

    使用 typeid 要注意一個問題，那就是某些編譯器（如 Visual C++）預設狀態是禁用 RTTI 的，目的是消除效能上的開銷。如果你的程式確實使用了 RTTI，一定要記住在編譯前啟用 RTTI。使用 typeid 可能產生一些將來的維護問題。假設你決定擴充套件上述的類層次，從MediaFile 派生另一個叫 LocalizeMedia 的類，用這個類表示帶有不同語言說明文字的媒體檔案。但 LocalizeMedia 本質上還是個 MediaFile 型別的檔案。因此，當使用者在該類檔案圖示上單擊右鍵時，檔案管理器必須提供一個“播放”選單。可惜 build()成員函式會呼叫失敗，原因是你沒有檢查這種特定的檔案型別。為了解決這個問題，你必須象下面這樣對 build() 打補丁：

void menu::build(const File * pfile)
{

 //......

  else if (typeid(*pfile)==typeid(LocalizedMedia))
 {
  add_option("play"); 
  }
}     

    唉，這種做法真是顯得太業餘了，以後每次新增新的類，毫無疑問都必須打類似的補丁。顯然，這不是一個理想的解決方案。這個時候我們就要用到 dynamic_cast，這個運算子用於多型程式設計中保證在執行時發生正確的轉換（即編譯器無法驗證是否發生正確的轉換）。用它來確定某個物件是 MediaFile 物件還是它的派生類物件。dynamic_cast 常用於從多型程式設計基類指標向派生類指標的向下型別轉換。它有兩個引數：一個是型別名；另一個是多型物件的指標或引用。其功能是在執行時將物件強制轉換為目標型別並返回布林型結果。也就是說，如果該函式成功地並且是動態的將 *pfile 強制轉換為 MediaFile，那麼 pfile的動態型別是 MediaFile 或者是它的派生類。否則，pfile 則為其它的型別：

void menu::build(const File * pfile)
{
 if (dynamic_cast <MediaFile *> (pfile))
 {
  // pfile 是 MediaFile 或者是MediaFile的派生類 LocalizedMedia
  add_option("play"); 
 }
 else if (dynamic_cast <TextFile*> (pfile))
 {
  // pfile 是 TextFile 是TextFile的派生類
  add_option("edit"); 
 }
}    

    細細想一下，雖然使用 dynamic_cast 確實很好地解決了我們的問題，但也需要我們付出代價，那就是與 typeid 相比，dynamic_cast 不是一個常量時間的操作。為了確定是否能完成強制型別轉換，dynamic_cast`必須在執行時進行一些轉換細節操作。因此在使用 dynamic_cast 操作時，應該權衡對效能的影響。