RTTI(运行时类型检查)

 

C++设计者在C++使用的早期并没有意识到RTTI(运行时类型检查)的重要性,后来随作框架结构的类库出现及其应用越来越广泛,RTTI就变得越来越重要了。例如下面的这个语句:
  CWnd *pWnd
任何人都知道对象pWndCWnd类型的指针。但是如果有一个类CView是从CWnd派生来的,对于下面的语句:
  CWnd* CreateView()
  {
   return new CView;
  }

于使用CreateView()的用户而然,pWnd = CreateView(),他如何确定pWnd所指向的对象的真正类型呢?因此,必须有一个能够在运行时刻就能够确定指针对象类型的方法,比如给每一个类 型的对象均添加一个IsKindOf()之类的方法,通过此方法判断指针对象的类型。

  后来,RTTI被加入了C++的规范,成为C++一个内置的特性。

   在MFC的设计者们设计MFC的时候,C++规范中并没有包含RTTI,但是他们很早就意识到这个问题,所以他们以一种独特的方式在MFC中实现 RTTI,采用这种方式实现的RTTI对于某个对象而言并不是必须的,也就是说,MFC的设计者们并不将RTTI强加于用户所设计的类型上,而是让用户根 据自己的需要选择是否他所设计的类型需要RTTI。因而这种方式比C++规范中内置的RTTI更灵活。

  MFC的设计者们在MFC中采用下面的的方法来实现RTTI

   设计一个基类CObject,在CObject中增加RTTI功能,任何一个类型,如果需要具有RTTI功能,就必须直接或间接派生于CObject采 用宏实现RTTI,对于某个直接或间接从CObject派生来的类型而言,该宏可有可无,如果有该宏,它就具有RTTI功能,反之则无。

      考察CObject
  我们先从CObject开始,下面是它的定义:

  class AFX_NOVTABLE CObject
  {
   public:
    // Object model (types, destruction, allocation)
    virtual CRuntimeClass* GetRuntimeClass() const;
    virtual ~CObject(); // virtual destructors are necessary
  
          // Diagnostic allocations
    void* PASCAL operator new(size_t nSize);
    void* PASCAL operator new(size_t, void* p);
    void PASCAL operator delete(void* p);
    void PASCAL operator delete(void* p, void* pPlace);
    void PASCAL operator delete(void *p, LPCSTR lpszFileName, int nLine);

    // Disable the copy constructor and assignment by default so you will get
    // compiler errors instead of unexpected behaviour if you pass objects
    // by value or assign objects.

   protected:
    CObject();
   private:
    CObject(const CObject& objectSrc); // no implementation
       void operator=(const CObject& objectSrc); // no implementation

   // Attributes
   public:
    BOOL IsSerializable() const;
    BOOL IsKindOf(const CRuntimeClass* pClass) const;
 
       // Overridables
    virtual void Serialize(CArchive& ar);
    // Implementation
   public:
    static const AFX_DATA CRuntimeClass classCObject;
  };

总的来说,CObject定义了整个从其派生的家族的所有成员所具有的两个基本的能力:

  运行时的动态类型检查(RTTI)能力和序列化能力。在早期的C++版本中,没有规定RTTI,但MFC的作者们早就未扑先知,以这种构架的形式定义并实现RTTI。体现RTTI的是CObject中的两个成员函数:

  virtual CRuntimeClass * GetRuntimeClass() const;
  BOOL IsKindOf(const CRuntimeClass *pClass) const;

其中,前一个函数用来访问存储RTTI信息的一个CRuntimeClass类型的结构,后一个函数供在运行时刻进行类型判断。我们先来看看CRuntimeClass结构的定义,看看它究竟保存了哪些类型信息。

  struct CRuntimeClass
  {
      // Attributes
      LPCSTR m_lpszClassName;
      int m_nObjectSize;
      UINT m_wSchema; // schema number of the loaded class
      CObject* (PASCAL* m_pfnCreateObject)(); // NULL => abstract class
      CRuntimeClass* m_pBaseClass;
      
            // Operations
         CObject* CreateObject();
      BOOL IsDerivedFrom(const CRuntimeClass* pBaseClass) const;

      // Implementation
      void Store(CArchive& ar) const;
      static CRuntimeClass* PASCAL Load(CArchive& ar, UINT* pwSchemaNum);
      // CRuntimeClass objects linked together in simple list
      CRuntimeClass* m_pNextClass; // linked list of registered classes
  };

面就是CRuntimeClass的定义,m_lpszClassName保存类的名称,m_nObjectSize保存类的实例数据所占内存的的大小。 我们重点要关注的是m_pBaseClass成员,它是指向名称为m_lpszClassName的类的基类的CRuntimeClass的指针,因此, CRuntimeClass就形成了一个继承链表,这个链表记录了某一族类的继承关系。

 RTTI的实现:

  实现RTTI的除了上面两个函数外,还有几个相关的宏。我们先看看GetRuntimeClass()IsKindOf()的实现.

  1GetRuntimeClass()的实现
  CRuntimeClass* CObject::GetRuntimeClass() const
  {
   return RUNTIME_CLASS(CObject);
  }

  关键就在RUNTIME_CLASS这个宏上,RUNTIME_CLASS宏的实现如下:

  #define RUNTIME_CLASS(class_name) ((CRuntimeClass*)(&class_name::class##class_name))将宏展开,上面的实现就变成:
  CRuntimeClass* CObject::GetRuntimeClass() const
  {
   return (CRuntimeClass*)(&CObject::classCObject);
  }

也就是说,它返回CObject类的一个static型的成员classCObject

  2IsKindOf()的实现
  BOOL CObject::IsKindOf(const CRuntimeClass* pClass) const
  {
   ASSERT(this != NULL);
   // it better be in valid memory, at least for CObject size
   ASSERT(AfxIsValidAddress(this, sizeof(CObject)));

   // simple SI case
   CRuntimeClass* pClassThis = GetRuntimeClass();
   return pClassThis->IsDerivedFrom(pClass);
  }

        前两行我们不管它,关键在于最后一行pClassThis->IsDerivedFrom(pClass),归根结底就是调用 CRuntimeClassIsDerivedFrom()方法。下面是CRuntimeClass的成员IsDerivedFrom()的实现:
  BOOL CRuntimeClass::IsDerivedFrom(const CRuntimeClass* pBaseClass) const
  {
   ASSERT(this != NULL);
   ASSERT(AfxIsValidAddress(this, sizeof(CRuntimeClass), FALSE));
   ASSERT(pBaseClass != NULL);
   ASSERT(AfxIsValidAddress(pBaseClass, sizeof(CRuntimeClass), FALSE));

   // simple SI case
   const CRuntimeClass* pClassThis = this;
   while (pClassThis != NULL)
      {
       if (pClassThis == pBaseClass) return TRUE;
       pClassThis = pClassThis->m_pBaseClass;
         }
   return FALSE; // walked to the top, no match
  }

  关键是上面的一段循环代码:
  while (pClassThis != NULL)
  {
   if (pClassThis == pBaseClass) return TRUE;
   pClassThis = pClassThis->m_pBaseClass;
  }

        它从继承链表的某一节点this开始,向后搜索比较,确定继承关系。

        到这里,或许有人要问,这些CRuntimeClass结构是如何产生的呢?这是一个很好的问题,解决了这个问题,就完全清楚了MFCRTTI的实现。 使用过Visual C++开发程序的人都应该记得DECLARE_DYNAMICIMPLEMENT_DYNAMIC这两个宏,它们分别用来定义相应类的static CRuntimeClass成员和对该成员初始化。

  DECLARE_DYNAMIC宏的定义:
  #define DECLARE_DYNAMIC(class_name) \
  public: \
  static const AFX_DATA CRuntimeClass class##class_name; \
  virtual CRuntimeClass* GetRuntimeClass() const; \

  例如DECLARE_DYNAMIC(CView)展开成为:
  public:
   static const AFX_DATA CRuntimeClass classCView;
   virtual CRuntimeClass* GetRuntimeClass() const;

        由此可见,DECLARE_DYNAMIC宏用来在类的定义中定义静态CRuntimeClass变量和虚拟GetRuntimeClass()函数。可以 推断,IMPLEMENT_DYNAMIC宏一定是用来初始化该静态变量和实现GetRuntimeClass()函数,。不错,正是这样!

  IMPLEMENT_DYNAMIC宏的定义:

  #define IMPLEMENT_DYNAMIC(class_name, base_class_name) \
             IMPLEMENT_RUNTIMECLASS(class_name, base_class_name, 0xFFFF, NULL)

  #define IMPLEMENT_RUNTIMECLASS(class_name, base_class_name, wSchema, pfnNew) \
          AFX_COMDAT const AFX_DATADEF CRuntimeClass class_name::class##class_name = { \
          #class_name, sizeof(class class_name), wSchema, pfnNew, \
          RUNTIME_CLASS(base_class_name), NULL }; \
                CRuntimeClass* class_name::GetRuntimeClass() const \
          { return RUNTIME_CLASS(class_name); } \

        例如IMPLEMENT_DYNAMICCView, CWnd)展开如下:
  file://下面展开的代码用来初始化静态CRuntimeClass变量

  AFX_COMDATA const AFX_DATADEF CRuntimeClass CView::classCView = 
  {
   “CView”, file://m_lpszClassName
   sizeof(class CView), file://m_nObjectSize
   0xffff, file://m_wSchema
   NULL, file://m_pfnCreateObject
   (CRuntimeClass*)(&CWnd::classCWnd), file://m_pBaseClass
   NULL file://m_pNextClass
  }

  file://下面的代码用来实现GetRuntimeClass()函数
  CRuntimeClass* CView::GetRuntimeClass() const
  {
                 return (CRuntimeClass*)(&CView::classCView);
        }

        总的来说,同RTTI有关的宏有下面几对:

  DECLARE_DYNAMICIMPLEMENT_DYNAMIC

        这一对宏能够提供运行是类型判断能力。(定义并实现IsKindOf()

  DECLARE_DYNCREATEIMPLEMENT_DYNCREATE

        这一对宏除了能够提供类型判断能力外,还能够提供动态创建对象的能力.(定义并实现IsKindOf()CreateObject()

  DECLARE_SERIALIMPLEMENT_SERIAL

这一对宏除了提供类型判断能力、动态创建对象能力外,还具有序列化功能。(定义并实现IsKindOf()CreateObject()Serialize()

 

 

 

mfc当中,每一个类中定义了一个DECLARE_DYNCREATE的宏

 

 

 将这个宏展开就是

 

 

 

1.GetRuntimeClass()的实现

CRuntimeClass* CObject::GetRuntimeClass() const
  {
   return (CRuntimeClass*)(&CObject::classCObject);
  }

它返回CObject类的一个static型的成员classCObject

  2IsKindOf()的实现

 BOOL CObject::IsKindOf(const CRuntimeClass* pClass) const
  {
   ASSERT(this != NULL);
   ASSERT(AfxIsValidAddress(this, sizeof(CObject)));
   CRuntimeClass* pClassThis = GetRuntimeClass();
   return pClassThis->IsDerivedFrom(pClass);
  }

他如何确定所指向的对象的真正类型呢?因此,必须有一个能够在运行时刻就能够确定指针对象类型的方法,比如给每一个类 型的对象均添加一个IsKindOf()之类的方法,通过此方法判断指针对象的类型。

 

 

 展开后就是

 

 

 体现RTTI的是CObject中的两个成员函数:

virtual CRuntimeClass * GetRuntimeClass() const;

用来访问存储RTTI信息的一个CRuntimeClass类型的结构
  BOOL IsKindOf(const CRuntimeClass *pClass) const;

在运行时刻进行类型判断

 

 

 

m_lpszClassName保存类的名称,m_nObjectSize保存类的实例数据所占内存的的大小。 重点要关注的是m_pBaseClass成员,它是指向名称为m_lpszClassName的类的基类的CRuntimeClass的指针,因此, CRuntimeClass就形成了一个继承链表,这个链表记录了某一族类的继承关系。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

posted @ 2020-09-04 19:32  特权E5  阅读(459)  评论(0编辑  收藏  举报