写这篇博文的目的是，记录学习过程。
对于问题要较真，在解决这个问题中会学到很多，远远超过自己期望，锻炼思维，享受这个过程。
问题： Static_cast 与 Dynamic_cast的区别
来自书本上的解释：
用 static_cast<type-id > ( expression )
1. static_cast(expression) The static_cast<>() is used to cast between the integer types. 'e.g.' char->long, int->short etc.
用来数值之间的转化。
2. 可以在相关指针之间转换，指针在void * 之间转换，还可以在基类和派生类之间转换。 这些转换是在编译的时候就确定下来转换（无非就是根据继承关系，偏移指针而已），但是这需要自己保证安全。
比如
#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:
virtual void f() {cout<<"Base::f()"<<endl;}
};
class Derive: public Base
{
public:
virtual void f() {cout<<"Derive::f()"<<endl;}
virtual void f2() {cout<<"Derive::f1()"<<endl;}
};
int main()
{
Base *pbase1 = new Derive();
Derive* pderive1 = static_cast<Derive *>(pbase1);
pderive1->f(); // Derive::f()
Base* pbase2 = new Base();
Derive * pderive2 = static_cast<Derive *>(pbase2);
pderive2->f(); // Base::f()
pderive2->f2(); // throw exception "Access violation reading"
delete pbase1;
delete pbase2;
}
虽然 由 pbase2 转化到 pderive2 ，编译器编译正确。 但是当调用 pderive2->f(); 应该不是希望的； 调用pderive2->f2() 因为基类本身就没有这个函数，说以运行时出错，抛出异常。
所以说static_cast 是编译时确定下来，需要自己确保转换类型安全，否则运行时会抛出异常.
注意static_cast 不能直接在没有继承关系的对象指针之间进行转换。在Com 里面实现不同接口的同个对象，其也不能再接口之间转换（更何况是动态的），所以COM提供一个query 借口。
用法：dynamic_cast < type-id > ( expression)
是专门用于具有继承关系的类之间转换的，尤其是向下类型转换，是安全的。
#include <iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:
virtual void f() {cout<<"Base::f()"<<endl;}
};
class Derive: public Base
{
public:
virtual void f() {cout<<"Derive::f()"<<endl;}
virtual void f2() {cout<<"Derive::f1()"<<endl;}
};
int main()
{
Base *pbase1 = new Derive();
Derive* pderive1 = dynamic_cast<Derive *>(pbase1); //down-cast
pderive1->f(); // Derive::f()
Base* pbase2 = new Base();
Derive * pderive2 = dynamic_cast<Derive *>(pbase2); //up-cast
if ( pderive2) // NULL
{
pderive2->f();
pderive2->f2();
}
delete pbase1;
delete pbase2;
}
dynamic_cast 如何保证转换是安全的？ 如何知道具体该类的具体类型 以及 继承关系呢？
引入RTTI，其存储着类运行的相关信息， 比如类的名字，以及类的基类。下面就介绍RTTI。
2. RTTI （Run Time Type info)
这个神奇的东西用于存储类的相关信息，用于在运行时识别类对象的信息。C++ 里面只记录的类的名字和类的继承关系链。使得编译成二进制的代码，对象可以知道自己的名字（ASCII），以及在继承链中的位置。
C++ 里面提供 一个关键字 typeid ， 一个数据类型 typeinfo，以及对应的头文件 typeinfo.h
1 #include <iostream>
2 #include <typeinfo>
3 using namespace std;
4
5 class Base
6 {
7 public:
8 virtual void f() {} // it must need the virtual table
9 };
10
11
12 class Derive: public Base
13 {
14
15 };
16
17
18 class Derive2: public Base
19 {
20
21 };
22
23 void f(Base* pbase)
24 {
25 const type_info& typeinfo = typeid(pbase);
26 cout << typeinfo.name()<<endl;
27
28
29 if(NULL != dynamic_cast<Derive*>(pbase))
30 {
31 cout<<"type: Derive"<<endl;
32 }
33 else if(NULL != dynamic_cast<Derive2*>(pbase))
34 {
35 cout<<"type: Derive2"<<endl;
36 }
37 else
38 {
39 //ASSERT(0)
40 }
41 }
42
43
44 int main()
45 {
46 Base *pbase1 = new Derive();
47 f(pbase1);
48
49 Base* pbase = new Derive2();
50 f(pbase);
51 }
out put:
1 class Base *
2 type: Derive
3 class Base *
4 type: Derive2
可见 Dynamic 是运行时确定的，是安全的。 那么
1. RTTI 的信息如何和对象绑定在一起？什么时候绑定的？
2. 为什么dynam_cast 必须要求转换的类型之间要有虚函数？否则编译通不过。
下面来回答这个问题。
3.RTTI 如何与对象绑定
google，找资料。 下面的图来自于 “Inside C++ Model”， RTTI 的info 是如何和对象之间的关系：
class Point
{
public:
Point( float xval );
virtual ~Point();
float x() const;
static int PointCount();
protected:
virtual ostream& print( ostream &os ) const;
float _x;
static int _point_count;
};
其内存中模型：
明显RTTI info 存在于虚表的第一项。第二个问题就可以回答，因为RTTI 依赖于虚表，所以用dynamic_cast 对应的类一定要有虚函数。
下面在VC中验证一下，
在VC中，我们知道虚指针指向虚表，对应的虚表第一项就是第一个虚函数。如果我们认为虚函数构成虚表，那么就可以认为RTTI info 就走虚表的紧邻上面。
下面验证：
1. 在VC 中查看RTTI中类名字
从上面图表可见，RTTI 对应的内容是空的。那么VC的实现和 书中的模型不一致吗？难道RTTI不在虚表的上面吗 ？接着有了下面的验证：
2. 把虚表上面指向RTTI info 的地址，给设置为0, 那么typeid 还可以工作吗？ Dynamic_cast 还可以工作吗？如果还可以工作，则说明这个地址指向的数据无关。
如果将虚表上的RTTI的指针置空，dynamic_cast 就不能运行,抛出异常“std:: __non_rtti_object” . 那说明这个地址，还是与RTTI有关。 那问题出在哪里？
尝试在google 里面搜索，但是未果。 那么Dynamic_cast 的依赖于 RTTI的信息，那么Dynamic_cast的实现着手看看. 查看一下 他的汇编代码。 于是有了下面的实验。
3. RTTI 在VC里面如何实现的。
将上面的代码以汇编形式输出，查看。
24 : Derive * pderive = dynamic_cast<Derive*>(pbase);
push 0
push OFFSET ??_R0?AVDerive@@@8
push OFFSET ??_R0?AVBase@@@8
push 0
mov eax, DWORD PTR _pbase$[ebp]
push eax
call ___RTDynamicCast
add esp, 20 ; 00000014H
mov DWORD PTR _pderive$[ebp], eax
发现 dynamic_cast的实现依赖于 对象本身，以及 ??_R0?AVDerive@@@8 和 ??_R0?AVBase@@@8 . 于是继续查看代码
View Code
1 ; Listing generated by Microsoft (R) Optimizing Compiler Version 14.00.50727.762
2
3 TITLE c:\Documents and Settings\zhangroc\Desktop\TW\Test\static_cast\static_cast.cpp
4 .686P
5 .XMM
6 include listing.inc
7 .model flat
8
9 INCLUDELIB MSVCRTD
10 INCLUDELIB OLDNAMES
11
12 PUBLIC ??_C@_0P@GHFPNOJB@bad?5allocation?$AA@ ; `string'
13 _DATA SEGMENT
14 __bad_alloc_Message DD FLAT:??_C@_0P@GHFPNOJB@bad?5allocation?$AA@
15 _DATA ENDS
16 ; COMDAT ??_C@_0P@GHFPNOJB@bad?5allocation?$AA@
17 CONST SEGMENT
18 ??_C@_0P@GHFPNOJB@bad?5allocation?$AA@ DB 'bad allocation', 00H ; `string'
19 CONST ENDS
20 PUBLIC ??_R0?AVBase@@@8 ; Base `RTTI Type Descriptor'
21 PUBLIC ??_R0?AVDerive@@@8 ; Derive `RTTI Type Descriptor'
22 PUBLIC ??0Derive@@QAE@XZ ; Derive::Derive
23 PUBLIC _main
24 EXTRN ___RTDynamicCast:PROC
25 EXTRN ??2@YAPAXI@Z:PROC ; operator new
26 EXTRN __RTC_CheckEsp:PROC
27 EXTRN __RTC_Shutdown:PROC
28 EXTRN __RTC_InitBase:PROC
29 EXTRN ??_7type_info@@6B@:QWORD ; type_info::`vftable'
30 ; COMDAT ??_R0?AVBase@@@8
31 ; File c:\documents and settings\zhangroc\desktop\tw\test\static_cast\static_cast.cpp
32 _DATA SEGMENT
33 ??_R0?AVBase@@@8 DD FLAT:??_7type_info@@6B@ ; Base `RTTI Type Descriptor'
34 DD 00H
35 DB '.?AVBase@@', 00H
36 _DATA ENDS
37 ; COMDAT ??_R0?AVDerive@@@8
38 _DATA SEGMENT
39 ??_R0?AVDerive@@@8 DD FLAT:??_7type_info@@6B@ ; Derive `RTTI Type Descriptor'
40 DD 00H
41 DB '.?AVDerive@@', 00H
42 _DATA ENDS
43 ; COMDAT rtc$TMZ
44 rtc$TMZ SEGMENT
45 __RTC_Shutdown.rtc$TMZ DD FLAT:__RTC_Shutdown
46 rtc$TMZ ENDS
47 ; COMDAT rtc$IMZ
48 rtc$IMZ SEGMENT
49 __RTC_InitBase.rtc$IMZ DD FLAT:__RTC_InitBase
50 ; Function compile flags: /Odtp /RTCsu /ZI
51 rtc$IMZ ENDS
52 ; COMDAT _main
53 _TEXT SEGMENT
54 tv69 = -256 ; size = 4
55 $T3121 = -248 ; size = 4
56 _pderive$ = -44 ; size = 4
57 _rtti$ = -32 ; size = 4
58 _ptable$ = -20 ; size = 4
59 _pbase$ = -8 ; size = 4
60 _main PROC ; COMDAT
61
62 ; 19 : {
63
64 push ebp
65 mov ebp, esp
66 sub esp, 256 ; 00000100H
67 push ebx
68 push esi
69 push edi
70 lea edi, DWORD PTR [ebp-256]
71 mov ecx, 64 ; 00000040H
72 mov eax, -858993460 ; ccccccccH
73 rep stosd
74
75 ; 20 : Base *pbase = new Derive();
76
77 push 4
78 call ??2@YAPAXI@Z ; operator new
79 add esp, 4
80 mov DWORD PTR $T3121[ebp], eax
81 cmp DWORD PTR $T3121[ebp], 0
82 je SHORT $LN3@main
83 mov ecx, DWORD PTR $T3121[ebp]
84 call ??0Derive@@QAE@XZ
85 mov DWORD PTR tv69[ebp], eax
86 jmp SHORT $LN4@main
87 $LN3@main:
88 mov DWORD PTR tv69[ebp], 0
89 $LN4@main:
90 mov eax, DWORD PTR tv69[ebp]
91 mov DWORD PTR _pbase$[ebp], eax
92
93 ; 21 : int *ptable = (int*)(*(int*)pbase);
94
95 mov eax, DWORD PTR _pbase$[ebp]
96 mov ecx, DWORD PTR [eax]
97 mov DWORD PTR _ptable$[ebp], ecx
98
99 ; 22 : int *rtti = ptable -1;
100
101 mov eax, DWORD PTR _ptable$[ebp]
102 sub eax, 4
103 mov DWORD PTR _rtti$[ebp], eax
104
105 ; 23 :
106 ; 24 : Derive * pderive = dynamic_cast<Derive*>(pbase);
107
108 push 0
109 push OFFSET ??_R0?AVDerive@@@8
110 push OFFSET ??_R0?AVBase@@@8
111 push 0
112 mov eax, DWORD PTR _pbase$[ebp]
113 push eax
114 call ___RTDynamicCast
115 add esp, 20 ; 00000014H
116 mov DWORD PTR _pderive$[ebp], eax
117
118 ; 25 :
119 ; 26 : }
120
121 xor eax, eax
122 pop edi
123 pop esi
124 pop ebx
125 add esp, 256 ; 00000100H
126 cmp ebp, esp
127 call __RTC_CheckEsp
128 mov esp, ebp
129 pop ebp
130 ret 0
131 _main ENDP
132 _TEXT ENDS
133 PUBLIC ??_7Derive@@6B@ ; Derive::`vftable'
134 PUBLIC ??0Base@@QAE@XZ ; Base::Base
135 PUBLIC ??_R4Derive@@6B@ ; Derive::`RTTI Complete Object Locator'
136 PUBLIC ??_R3Derive@@8 ; Derive::`RTTI Class Hierarchy Descriptor'
137 PUBLIC ??_R2Derive@@8 ; Derive::`RTTI Base Class Array'
138 PUBLIC ??_R1A@?0A@EA@Derive@@8 ; Derive::`RTTI Base Class Descriptor at (0,-1,0,64)'
139 PUBLIC ??_R1A@?0A@EA@Base@@8 ; Base::`RTTI Base Class Descriptor at (0,-1,0,64)'
140 PUBLIC ??_R3Base@@8 ; Base::`RTTI Class Hierarchy Descriptor'
141 PUBLIC ??_R2Base@@8 ; Base::`RTTI Base Class Array'
142 PUBLIC ?f@Base@@UAEXXZ ; Base::f
143 ; COMDAT ??_R2Base@@8
144 rdata$r SEGMENT
145 ??_R2Base@@8 DD FLAT:??_R1A@?0A@EA@Base@@8 ; Base::`RTTI Base Class Array'
146 rdata$r ENDS
147 ; COMDAT ??_R3Base@@8
148 rdata$r SEGMENT
149 ??_R3Base@@8 DD 00H ; Base::`RTTI Class Hierarchy Descriptor'
150 DD 00H
151 DD 01H
152 DD FLAT:??_R2Base@@8
153 rdata$r ENDS
154 ; COMDAT ??_R1A@?0A@EA@Base@@8
155 rdata$r SEGMENT
156 ??_R1A@?0A@EA@Base@@8 DD FLAT:??_R0?AVBase@@@8 ; Base::`RTTI Base Class Descriptor at (0,-1,0,64)'
157 DD 00H
158 DD 00H
159 DD 0ffffffffH
160 DD 00H
161 DD 040H
162 DD FLAT:??_R3Base@@8
163 rdata$r ENDS
164 ; COMDAT ??_R1A@?0A@EA@Derive@@8
165 rdata$r SEGMENT
166 ??_R1A@?0A@EA@Derive@@8 DD FLAT:??_R0?AVDerive@@@8 ; Derive::`RTTI Base Class Descriptor at (0,-1,0,64)'
167 DD 01H
168 DD 00H
169 DD 0ffffffffH
170 DD 00H
171 DD 040H
172 DD FLAT:??_R3Derive@@8
173 rdata$r ENDS
174 ; COMDAT ??_R2Derive@@8
175 rdata$r SEGMENT
176 ??_R2Derive@@8 DD FLAT:??_R1A@?0A@EA@Derive@@8 ; Derive::`RTTI Base Class Array'
177 DD FLAT:??_R1A@?0A@EA@Base@@8
178 rdata$r ENDS
179 ; COMDAT ??_R3Derive@@8
180 rdata$r SEGMENT
181 ??_R3Derive@@8 DD 00H ; Derive::`RTTI Class Hierarchy Descriptor'
182 DD 00H
183 DD 02H
184 DD FLAT:??_R2Derive@@8
185 rdata$r ENDS
186 ; COMDAT ??_R4Derive@@6B@
187 rdata$r SEGMENT
188 ??_R4Derive@@6B@ DD 00H ; Derive::`RTTI Complete Object Locator'
189 DD 00H
190 DD 00H
191 DD FLAT:??_R0?AVDerive@@@8
192 DD FLAT:??_R3Derive@@8
193 rdata$r ENDS
194 ; COMDAT ??_7Derive@@6B@
195 CONST SEGMENT
196 ??_7Derive@@6B@ DD FLAT:??_R4Derive@@6B@ ; Derive::`vftable'
197 DD FLAT:?f@Base@@UAEXXZ
198 ; Function compile flags: /Odtp /RTCsu /ZI
199 CONST ENDS
200 ; COMDAT ??0Derive@@QAE@XZ
201 _TEXT SEGMENT
202 _this$ = -8 ; size = 4
203 ??0Derive@@QAE@XZ PROC ; Derive::Derive, COMDAT
204 ; _this$ = ecx
205 push ebp
206 mov ebp, esp
207 sub esp, 204 ; 000000ccH
208 push ebx
209 push esi
210 push edi
211 push ecx
212 lea edi, DWORD PTR [ebp-204]
213 mov ecx, 51 ; 00000033H
214 mov eax, -858993460 ; ccccccccH
215 rep stosd
216 pop ecx
217 mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx
218 mov ecx, DWORD PTR _this$[ebp]
219 call ??0Base@@QAE@XZ
220 mov eax, DWORD PTR _this$[ebp]
221 mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Derive@@6B@
222 mov eax, DWORD PTR _this$[ebp]
223 pop edi
224 pop esi
225 pop ebx
226 add esp, 204 ; 000000ccH
227 cmp ebp, esp
228 call __RTC_CheckEsp
229 mov esp, ebp
230 pop ebp
231 ret 0
232 ??0Derive@@QAE@XZ ENDP ; Derive::Derive
233 ; Function compile flags: /Odtp /RTCsu /ZI
234 _TEXT ENDS
235 ; COMDAT ?f@Base@@UAEXXZ
236 _TEXT SEGMENT
237 _this$ = -8 ; size = 4
238 ?f@Base@@UAEXXZ PROC ; Base::f, COMDAT
239 ; _this$ = ecx
240
241 ; 8 : virtual void f() {}
242
243 push ebp
244 mov ebp, esp
245 sub esp, 204 ; 000000ccH
246 push ebx
247 push esi
248 push edi
249 push ecx
250 lea edi, DWORD PTR [ebp-204]
251 mov ecx, 51 ; 00000033H
252 mov eax, -858993460 ; ccccccccH
253 rep stosd
254 pop ecx
255 mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx
256 pop edi
257 pop esi
258 pop ebx
259 mov esp, ebp
260 pop ebp
261 ret 0
262 ?f@Base@@UAEXXZ ENDP ; Base::f
263 _TEXT ENDS
264 PUBLIC ??_7Base@@6B@ ; Base::`vftable'
265 PUBLIC ??_R4Base@@6B@ ; Base::`RTTI Complete Object Locator'
266 ; COMDAT ??_R4Base@@6B@
267 rdata$r SEGMENT
268 ??_R4Base@@6B@ DD 00H ; Base::`RTTI Complete Object Locator'
269 DD 00H
270 DD 00H
271 DD FLAT:??_R0?AVBase@@@8
272 DD FLAT:??_R3Base@@8
273 rdata$r ENDS
274 ; COMDAT ??_7Base@@6B@
275 CONST SEGMENT
276 ??_7Base@@6B@ DD FLAT:??_R4Base@@6B@ ; Base::`vftable'
277 DD FLAT:?f@Base@@UAEXXZ
278 ; Function compile flags: /Odtp /RTCsu /ZI
279 CONST ENDS
280 ; COMDAT ??0Base@@QAE@XZ
281 _TEXT SEGMENT
282 _this$ = -8 ; size = 4
283 ??0Base@@QAE@XZ PROC ; Base::Base, COMDAT
284 ; _this$ = ecx
285 push ebp
286 mov ebp, esp
287 sub esp, 204 ; 000000ccH
288 push ebx
289 push esi
290 push edi
291 push ecx
292 lea edi, DWORD PTR [ebp-204]
293 mov ecx, 51 ; 00000033H
294 mov eax, -858993460 ; ccccccccH
295 rep stosd
296 pop ecx
297 mov DWORD PTR _this$[ebp], ecx
298 mov eax, DWORD PTR _this$[ebp]
299 mov DWORD PTR [eax], OFFSET ??_7Base@@6B@
300 mov eax, DWORD PTR _this$[ebp]
301 pop edi
302 pop esi
303 pop ebx
304 mov esp, ebp
305 pop ebp
306 ret 0
307 ??0Base@@QAE@XZ ENDP ; Base::Base
308 _TEXT ENDS
309 END
原来虚表上面指向是一个 Derive::`RTTI Complete Object Locator 。 用google 搜索下面的该关键字，有了下面的文章
http://www.openrce.org/articles/full_view/23
和该图：
谜底揭晓： 原来虚表上面的地址是指向一个结构 Derive::`RTTI Complete Object Locator ， 这个结构指向该类的名字，和其对象继承链。
这就回答了第一个问题，RTTI info 如何和对象绑定的？ 在对象创建的时候，调用构造函时候，创建虚表以及RTTI info，这样dynamic cast 就可以去访问RTTI，从而保证安全。
同样有个一问题，那就是RTTI 效率底下，试下如果一个类其继承多层，而且有多继承，那么查找链就相当遍历一个链表。
4. 实现一个代码用来从RTTI中读取类名字
1 #include "iostream"
2 #include "string"
3 #include <typeinfo>
4 using namespace std;
5
6
7 class Base
8 {
9 public:
10 virtual void f() { }
11 };
12
13 class Derive : public Base
14 {
15 };
16
17 typedef unsigned long DWORD;
18
19 struct TypeDescriptor
20 {
21 DWORD ptrToVTable;
22 DWORD spare;
23 char name[ ];
24 };
25 struct RTTICompleteObjectLocator
26
27 {
28
29 DWORD signature; //always zero ?
30
31 DWORD offset; //offset of this vtable in the complete class
32
33 DWORD cdOffset; //constructor displacement offset
34
35 struct TypeDescriptor* pTypeDescriptor; //TypeDescriptor of the complete class
36
37 int * ptr;
38 //struct RTTIClassHierarchyDescriptor* pClassDescriptor; //describes inheritance hierarchy
39
40 };
41
42
43 int main()
44 {
45
46 Base *pderive = new Derive();
47
48 int **ptr = (int **)(&pderive);
49
50 int *ptable = (int *)(*(int *)(*ptr));
51
52 int * rtti = ptable -1;
53
54 RTTICompleteObjectLocator * RIIT_locator = (RTTICompleteObjectLocator *)( *(int*)rtti);
55
56 cout<<RIIT_locator->pTypeDescriptor->name<<endl;
57
58 }
Out put:
.?AVDerive@@
当然可以根据RTTI的信息，可以遍历其继承关系图。留作一个练习，可以尝试一下。
总结：
static_cast 用于数值类型之间的转换，也可以用于指针之间的转换，编译的已经确定好，效率高，但须要自己保证其安全性。
dynamic_cast 用于有继承关系的类之间转换，是基于RTTI数据信息的，运行时检测，安全，但是效率低。
Refernce：
RTTI intoduction：
1. http://www.rcs.hu/Articles/RTTI_Part1.htm [介绍RTTI 的应用，需要的借口，以及一个实现]
2. http://www.codeproject.com/KB/cpp/dynamic_cpp.aspx
