C++---运行时类型信息(Run-Time Type Information，RTTI)
在C++中，RTTI（Run-Time Type Information，运行时类型信息） 是一种机制，允许程序在运行时获取对象的实际类型信息。它是C++为支持动态多态而设计的重要特性，解决了“基类指针/引用指向派生类对象时，如何确定对象真实类型”的问题。
一、RTTI的作用
在面向对象编程中，多态是核心特性：基类指针/引用可以指向任意派生类对象（如 Base* p = new Derived;）。这种机制允许我们通过统一的基类接口操作不同派生类对象，但有时需要“突破”基类接口，执行针对派生类的特定操作。
例如：
class Shape { public: virtual void draw() = 0; };
class Circle : public Shape {
public: void draw() override { /* 画圆 */ }void setRadius(int r) { /* 圆特有的方法：设置半径 */ }
};
class Rectangle : public Shape {
public: void draw() override { /* 画矩形 */ }void setWidth(int w) { /* 矩形特有的方法：设置宽度 */ }
};
若有一个 Shape* 指针 p，我们知道它指向 Circle 或 Rectangle，但需要调用派生类特有的 setRadius 或 setWidth 时，仅通过基类接口无法实现——此时必须知道 p 指向的实际类型，这正是RTTI的核心作用。
二、RTTI的实现：两个核心操作符
C++通过两个操作符提供RTTI功能：dynamic_cast 和 typeid，它们均需包含头文件 <typeinfo>。
1. dynamic_cast：安全的向下转型
dynamic_cast 用于在继承层次中进行类型转换，主要功能是“向下转型”（从基类指针/引用转换为派生类指针/引用），并在运行时检查转换的合法性。
语法：
// 指针转换：若成功返回派生类指针，失败返回nullptr
Derived* d_ptr = dynamic_cast<Derived*>(base_ptr);// 引用转换：若成功返回派生类引用，失败抛出std::bad_cast异常
Derived& d_ref = dynamic_cast<Derived&>(base_ref);
工作原理：
dynamic_cast 会在运行时检查 base_ptr 指向的实际对象类型：
- 若实际类型是
Derived或Derived的派生类，则转换成功； - 否则转换失败（指针返回
nullptr，引用抛出异常）。
示例：
void processShape(Shape* p) {// 尝试将Shape*转换为Circle*if (Circle* c = dynamic_cast<Circle*>(p)) {c->setRadius(10); // 安全调用Circle特有的方法c->draw();} // 尝试转换为Rectangle*else if (Rectangle* r = dynamic_cast<Rectangle*>(p)) {r->setWidth(20); // 安全调用Rectangle特有的方法r->draw();}
}int main() {Shape* s1 = new Circle();Shape* s2 = new Rectangle();processShape(s1); // 转换为Circle*成功，调用setRadiusprocessShape(s2); // 转换为Rectangle*成功，调用setWidthdelete s1;delete s2;return 0;
}
限制：
- 仅适用于多态类：
dynamic_cast依赖对象的“多态信息”，因此基类必须包含至少一个虚函数（否则编译报错）。 - 性能开销：运行时类型检查需要访问对象的类型信息（通常存储在虚函数表中），比编译期确定的
static_cast开销更大。
2. typeid：获取类型标识
typeid 操作符返回一个 std::type_info 类型的引用，该对象包含了操作数的类型信息。通过 typeid 可以在运行时获取对象的实际类型，并比较不同对象的类型是否一致。
语法：
typeid(表达式/类型) // 返回const std::type_info&
关键特性：
- 作用于对象：
typeid(*p)返回p指向的实际对象类型（多态类）； - 作用于类型：
typeid(int)直接返回该类型的信息； - 作用于指针：
typeid(p)返回的是指针类型本身（而非指向对象的类型）。
示例：
#include <typeinfo>
#include <iostream>void checkType(Shape* p) {// 比较实际类型是否为Circleif (typeid(*p) == typeid(Circle)) {std::cout << "类型是Circle\n";} // 比较实际类型是否为Rectangleelse if (typeid(*p) == typeid(Rectangle)) {std::cout << "类型是Rectangle\n";}// 打印类型名（依赖编译器实现）std::cout << "类型名：" << typeid(*p).name() << "\n";
}int main() {Shape* s1 = new Circle();Shape* s2 = new Rectangle();checkType(s1); // 输出：类型是Circle，类型名可能为"class Circle"checkType(s2); // 输出：类型是Rectangle，类型名可能为"class Rectangle"delete s1;delete s2;return 0;
}
std::type_info 的核心接口：
operator==/operator!=：比较两个类型是否相同；name()：返回类型的字符串表示（格式因编译器而异，如GCC返回简化名，MSVC返回修饰名）；hash_code()：返回类型的哈希值（C++11起），可用于容器中类型的快速查找。
三、RTTI的实现机制
RTTI的底层依赖虚函数表（vtable），这也是为什么只有多态类（含虚函数）才支持完整RTTI功能的原因：
-
虚函数表与类型信息的关联：
编译器会为每个多态类生成一个虚函数表（存储虚函数地址），并在vtable的首个位置（或固定偏移量）存储一个指向std::type_info对象的指针。这个type_info对象包含该类的类型信息。 -
运行时获取类型信息：
当使用typeid(*p)或dynamic_cast时，程序会通过指针p找到对象的vtable，再通过vtable中的指针获取type_info，从而确定对象的实际类型。 -
非多态类的RTTI：
对于不含虚函数的类（非多态类），typeid仍可使用，但结果在编译期就已确定（无需运行时计算），且dynamic_cast无法用于这类类的向下转型（编译报错）。
四、RTTI的使用场景与限制
适用场景：
- 多态环境下的类型特定操作：如示例中根据实际类型调用派生类特有方法。
- 序列化/反序列化：将对象写入文件时记录类型信息，读取时根据类型重建对象。
- 插件系统：动态加载插件时，通过RTTI判断插件对象的类型以适配接口。
- 日志与调试：输出对象类型信息辅助调试（如
typeid(*p).name()）。
限制与注意事项：
- 性能开销：RTTI的运行时检查需要访问vtable和类型信息，比编译期确定的操作（如
static_cast）慢，频繁使用可能影响性能。 - 破坏封装性：过度依赖RTTI可能绕过面向对象的“接口抽象”，导致代码与具体类型耦合（应优先使用虚函数而非RTTI）。
- 跨编译单元问题：
type_info::name()的返回值因编译器而异，不可用于跨编译器的类型判断。 - 禁用RTTI：部分编译器支持通过编译选项（如
-fno-rtti）禁用RTTI，此时dynamic_cast和typeid无法使用。
五、RTTI与虚函数的对比
RTTI和虚函数都用于处理多态，但定位不同：
- 虚函数：通过“接口抽象”实现多态，让不同派生类以统一方式响应同一操作（如
draw()），无需关心具体类型； - RTTI：允许“穿透”基类接口，直接根据实际类型执行差异化操作，是虚函数的补充而非替代。
最佳实践：优先使用虚函数实现多态行为，仅在虚函数无法满足需求时（如需要派生类特有方法）谨慎使用RTTI。
RTTI是C++提供的运行时类型识别机制，通过 dynamic_cast（安全向下转型）和 typeid（获取类型信息）实现，底层依赖多态类的虚函数表。它解决了“基类接口无法覆盖派生类特有操作”的问题，但需注意性能开销和封装性问题。合理使用RTTI可以增强代码的灵活性，但过度依赖会导致设计退化——理解其适用边界是关键。