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dynamic_cast的实现原理

dynamic_cast 是 C++ 中用于在继承层次间进行安全向下转型(downcasting)或交叉转型(crosscasting)的运算符,其核心原理基于运行时类型信息(RTTI)和虚函数表(VTable)。

核心依赖

  • RTTI(运行时类型信息)
    编译器为每个包含虚函数的类生成 type_info 对象,存储类的名称、继承关系等元数据。
  • 虚函数表(VTable)
    每个包含虚函数的类都有一个虚函数表,其起始位置存储指向 type_info 的指针,用于运行时类型查询。

实现机制

(1)向下转型(Downcasting)

  • 场景:将基类指针 / 引用转换为派生类指针 / 引用。
  • 步骤
    1. 通过基类指针找到虚函数表。
    2. 从虚函数表获取 type_info,确定实际对象类型。
    3. 检查实际类型是否为目标派生类或其派生类。
    4. 若是,则计算派生类对象在内存中的偏移量(多重继承时可能不为 0),返回正确指针;否则返回 nullptr(指针转换)或抛出 std::bad_cast 异常(引用转换)。

(2)交叉转型(Crosscasting)

  • 场景:在多继承体系中,将指针从一个兄弟派生类转换到另一个兄弟派生类。
  • 步骤
    1. 通过当前派生类指针找到虚函数表,获取实际类型。
    2. 遍历继承关系树,找到两个派生类的共同基类。
    3. 计算目标派生类相对于共同基类的偏移量,调整指针地址。

关键条件

  • 必须有虚函数:若类无虚函数,dynamic_cast 无法工作(编译报错或行为未定义)。
  • 仅适用于多态类型:基类必须是多态类型(即包含虚函数),否则无法进行运行时类型检查。

 性能开销

  • 时间开销:涉及虚函数表查找、类型比较和偏移量计算,比静态类型转换(如 static_cast)慢。
  • 空间开销:每个包含虚函数的类需额外存储 type_info 指针。
http://www.dtcms.com/a/288630.html

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