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C++ typeid 和虛函數(shù)詳解

更新時(shí)間：2021年09月08日 15:38:53 作者：chls

這篇文章主要介紹了c++ typeid 和虛函數(shù)的使用，幫助大家更好的理解和使用c++，感興趣的朋友可以了解下，希望能夠給你帶來(lái)幫助

typeid 和虛函數(shù)

前面咱們講到 typeid 的操作返回值是 type_info 對(duì)象的引用，然后輸出返回值的地址是相同的，測(cè)試代碼如下：

#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;
class Base{
public:
    virtual 
	void test(){
		cout << "Base::test" << endl;
	}
};
class Derived : public Base{
public:
    void test(){
		cout << "Derived::test" << endl;
	}
	virtual 
	~Derived(){
		cout << "Derived::~Derived" << endl;
	}
};
int main()
{
	Base* pBase = new Base();
	Base* pBase2 = new Derived();
	Derived* pDerive = new Derived();
	//typeid(pBase2) 和 typeid(pDerive) 返回地址相同
    cout << "typeid(pBase2) = " << &typeid(*pBase2) <<  " typeid(pDerive) = "<< &typeid(*pDerive) << endl;
    return 0;
}

output信息：

typeid(pBase2) = 0x55dd724c6d48 typeid(pDerive) = 0x55dd724c6d48

也就是說(shuō)，0x55dd724c6d48 就是 Derived 類編譯之后的類標(biāo)識(shí)（type_info）數(shù)據(jù)信息！是否真的如此，咱們可以添加一下代碼測(cè)試：

int main()
{
	Base* pBase = new Base();
	Base* pBase2 = new Derived();
	Derived* pDerive = new Derived();
	//typeid(pBase2) 和 typeid(pDerive) 返回地址相同
    cout << "typeid(pBase2) = " << &typeid(*pBase2) <<  " typeid(pDerive) = "<< &typeid(*pDerive) << endl;
	//class Base type_info 地址
	cout << "typeid(Base) = " << &typeid(Base)  << endl;
	//class Derive type_info 地址
	cout << "typeid(Derived) = " << &typeid(Derived)  << endl;
    //指針類型推導(dǎo)
    cout << "point ---- typeid(pBase2) = " << &typeid(pBase2) <<  " typeid(pDerive) = "<< &typeid(pDerive) << endl;
    return 0;
}

ouput信息：

typeid(pBase2) = 0x562309345d48 typeid(pDerive) = 0x562309345d48
typeid(Base) = 0x562309345d60
typeid(Derived) = 0x562309345d48
point ---- typeid(pBase2) = 0x562309345d28 typeid(pDerive) = 0x562309345d08

可以看到，Derived 類的 type_info 信息的地址就是 0x558a4dec7d48 ！要注意的一點(diǎn)：直接對(duì)指針類型進(jìn)行操作，并不能返回正確的原始類型。

好了嘛，那 typeid 到底是咋從虛函數(shù)表找到這個(gè)地址的呢？如果大家看過(guò)我之前的深入理解new[]和delete[]_master-計(jì)算機(jī)科學(xué)專欄-CSDN博客一文，應(yīng)該就能夠想到是不是C++編譯器對(duì)虛函數(shù)表進(jìn)行構(gòu)造的過(guò)程中是不是也一樣，做了地址偏移呢？

咱們看看上面代碼的匯編信息：

通過(guò)查看匯編信息，我們得到以下結(jié)論：

虛函數(shù)表中確實(shí)存有typeinfo信息（第一個(gè)虛函數(shù)的地址偏移 -1 即是）typeinfo信息是區(qū)分指針類型是的（指針類型有前綴P，例如 P4Base、P7Derived）

然后，我們仔細(xì)觀察四個(gè) typeinfo 類（Derived*、 Base*、Derived、Base），每個(gè)typeinfo 類都有一個(gè)虛函數(shù)表，繼承自 vtable for __cxxabiv1::******* ，后面的信息會(huì)不一樣。這里對(duì)該信息做一下簡(jiǎn)單說(shuō)明：

對(duì)于啟用了 RTTI 的類來(lái)說(shuō)會(huì)繼承 __cxxabiv1 里的某個(gè)類所有的基礎(chǔ)類（沒(méi)有父類的類）都繼承于_class_type_info所有的基礎(chǔ)類指針都繼承自 __pointer_type_info所有的單一繼承類都繼承自 __si_class_type_info所有的多繼承類都繼承自 __vmi_class_type_info
以typeinfo for Derived為例：

然后是指向存儲(chǔ)類型名字的指針，
如果有繼承關(guān)系，則最后是指向父類的 typeinfo 的記錄。

所以，如果是正常調(diào) typeinfo 基類（_class_type_info、__pointer_type_info、__si_class_type_info、__vmi_class_type_info）的方法，應(yīng)該會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)到 type_info 的繼承類（typeinfo for Derived*、typeinfo for Base*、typeinfo for Derived、typeinfo for Base）的方法。

但是，typeid 操作指針類型時(shí)并不是這樣，說(shuō)明C++編譯器底層有特殊處理！

調(diào)試以下代碼：

    cout << typeid(*pBase2).name();
    cout << typeid(*pDerive).name();
    cout << typeid(pBase2).name();
    cout << typeid(pDerive).name();

通過(guò)匯編信息，可以看到這里并沒(méi)有做任何動(dòng)態(tài)調(diào)用的邏輯，而是直接返回該指針類型的typeinfo信息，這也就解釋了為什么 typeid 操作指針和操作對(duì)象的結(jié)果不一樣！

那么我們?cè)谑褂胻ypeid時(shí)，如果要獲取到真實(shí)對(duì)象類型，應(yīng)該要將指針去掉！

為了驗(yàn)證我們前面的結(jié)論：虛函數(shù)表中確實(shí)存有typeinfo信息（第一個(gè)虛函數(shù)的地址偏移 -1 即是），咱們可以直接通過(guò)指針的方式操作虛函數(shù)表！

測(cè)試代碼如下：

#include <iostream>
#include <functional>
using namespace std;
class Base{
public:
    virtual 
	void test(){
		cout << "Base::test" << endl;
	}
};
class Derived : public Base{
public:
    void test(){
		cout << "Derived::test" << endl;
	}
	virtual 
	~Derived(){
		cout << "Derived::~Derived" << endl;
	}
};
typedef void (*FUNPTR)();
type_info* getTypeInfo(unsigned long ** vtbl){
	type_info* typeinfo = (type_info*)((unsigned long)vtbl[-1]);
	return typeinfo;
}
void visitVtbl(unsigned long ** vtbl, int count)
{
    cout << vtbl << endl;
    cout << "\t[-1]: " << (unsigned long)vtbl[-1] << endl;
    typedef void (*FUNPTR)();
    for (int i = 0; vtbl[i] && i < count; ++i)
    {
        cout << "\t[" << i << "]: " << vtbl[i] << " -> ";
        FUNPTR func = (FUNPTR)vtbl[i];
        func();
    }
}
int main()
{
	Base* pBase = new Base();
	Base* pBase2 = new Derived();
	Derived* pDerive = new Derived();
	//這里去遍歷虛函數(shù)表
	visitVtbl((unsigned long **)*(unsigned long **)pBase2, 2);
	//獲取虛函數(shù)表-1位置的typeinfo地址
	cout << "pDerive = " << getTypeInfo((unsigned long **)*(unsigned long **)pDerive) << " "
	<< getTypeInfo((unsigned long **)*(unsigned long **)pDerive)->name() << endl;
	//獲取虛函數(shù)表-1位置的typeinfo地址
	cout << "pBase2 = " << getTypeInfo((unsigned long **)*(unsigned long **)pBase2) << " "
	<< getTypeInfo((unsigned long **)*(unsigned long **)pBase2)->name() << endl;
    return 0;
}

這里要注意的一點(diǎn)是，遍歷虛函數(shù)表 visitVtbl 方法的第2個(gè)參數(shù)，自己控制不要越界，此外，還要注意調(diào)用的順序，如果先調(diào)用了虛析構(gòu)函數(shù)，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存錯(cuò)誤！

output信息：

0x5620022edd10
[-1]: 94695475567936
[0]: 0x5620022eb5fa -> Derived::test
[1]: 0x5620022eb636 -> Derived::~Derived
pDerive = 0x5620022edd40 7Derived
pBase2 = 0x5620022edd40 7Derived

通過(guò)直接訪問(wèn)虛函數(shù)表-1位置，我們可以看到輸出的日志信息與我們前面的結(jié)論是一致的！也即是C++編譯器給我們做了偏移操作（在-1的位置存儲(chǔ)了type_info信息，實(shí)例化對(duì)象中的虛函數(shù)表地址是偏移之后的地址）。