RTTI
学习定位：现代 C++ 高阶知识。RTTI 不是普通业务代码的首选设计手段，但了解它有助于阅读框架代码、调试多态对象和判断 dynamic_cast 的代价。
RTTI 允许程序在运行时获取对象的实际类型信息，主要依赖：
- 虚函数表（vtable） 中的类型信息指针
- 需要类至少有一个虚函数（通常是虚析构函数）
1. typeid 运算符
头文件
#include <typeinfo>基本用法
const std::type_info& ti = typeid(表达式); // 表达式可以是对象、指针、类型名
const char* name = ti.name(); // 返回编译器相关的类型名对指针与多态的区别
Base* p = new Derived;
typeid(p); // 返回 type_info 对应 Base*（静态类型）
typeid(*p); // 若 Base 有虚函数，返回 Derived 的类型信息；否则返回 Base注意：typeid(*p) 时如果 p == nullptr，会抛出 std::bad_typeid 异常。
比较类型
if (typeid(*p) == typeid(Derived)) { ... }2. std::type_info 类
| 成员函数 / 操作 | 作用 |
|---|---|
name() | 返回类型名的「修饰后」字符串 |
before() | 类型排序（并非继承关系） |
operator== / != | 比较两个类型是否相同 |
hash_code() | 返回类型的哈希值（C++11） |
不能拷贝构造或赋值（拷贝构造为 delete），只能通过引用使用。
3. dynamic_cast
语法（指针）
Derived* pd = dynamic_cast<Derived*>(pb);- 成功返回
Derived*，失败返回nullptr。
语法（引用）
Derived& rd = dynamic_cast<Derived&>(rb);- 失败抛出
std::bad_cast异常。
支持的类型转换
- 向下转换（基类 → 派生类）
- 向上转换（派生类 → 基类，等价于隐式转换）
- 交叉转换（同一继承体系内的兄弟类转换）
交叉转换示例
struct A { virtual ~A() = default; };
struct B : A {};
struct C : A {};
B b;
A* pa = &b;
C* pc = dynamic_cast<C*>(pa); // 返回 nullptr，因为 pa 实际指向 B对 void* 的限制
void* pv = dynamic_cast<void*>(pb); // 合法，返回指向「最派生对象」的指针只能将 dynamic_cast 用于多态类型到 void*，且 pb 必须是多态指针。
不能用于非多态类型
struct NonPoly { };
NonPoly* np = new NonPoly;
// dynamic_cast<...>(np); // 编译错误！非多态类型4. RTTI 的实现与开销
典型实现方式
- 每个包含虚函数的类在 vtable 之前（或内部）存储一个
type_info*指针。 typeid和dynamic_cast运行时通过 vtable 查找该指针。
带来的额外开销
| 开销类型 | 具体表现 |
|---|---|
| 内存开销 | 每个多态类增加一个 type_info*（通常 8 字节，布局依赖编译器） |
| 时间开销 | - typeid：间接寻址，基本可忽略- dynamic_cast：沿继承链比较类型名称（字符串比较），开销随继承深度增加 |
| 代码体积 | 编译器需要为每个多态类生成类型信息结构（.rodata 段） |
| 优化阻碍 | 开启 RTTI 可能阻止某些虚函数优化（如 devirtualization） |
简单测试示例（感性理解性能差距）
// dynamic_cast 与静态转换的性能对比（假设确定类型时）
Base* b = new Derived;
for (int i = 0; i < 1e8; ++i) {
Derived* d = dynamic_cast<Derived*>(b); // 需类型检查
}相比 static_cast（假设开发者已经确定类型安全），dynamic_cast 可能慢数倍到数十倍（取决于继承深度和编译器实现）。
如何禁用 RTTI
- GCC/Clang:
-fno-rtti - MSVC:
/GR-
禁用后：
typeid对所有类型返回静态类型信息（对多态对象亦如此）dynamic_cast对多态类型编译错误- 可减少二进制体积（尤其嵌入式环境）
5. 何时使用 RTTI？何时避免？
可使用的场景
- 实现
operator==判断两个基类指针是否指向同一派生类型 - 安全向下转型（但优先考虑虚函数 + 访问者模式）
- 插件系统 / 复杂框架的序列化
应避免的场景
- 性能关键路径（如每帧调用数千次
dynamic_cast） - 可以用虚函数替代的地方（优先使用虚函数）
- 低内存 / 嵌入式环境（禁用 RTTI）
- 继承层次很深且频繁转型（字符串比较代价高）
6. 补充：decltype（不属于 RTTI）
decltype 是编译时类型推导，与运行时无关，无任何运行时开销。
int x = 10;
decltype(x) y = 20; // y 的类型为 int
const int& z = x;
decltype(z) w = y; // w 为 const int&常用场景：
- 模板中依赖表达式的类型
- 完美转发（
decltype(std::forward<T>(arg))）
7. 总结对比表
| 特性 | typeid | dynamic_cast | decltype |
|---|---|---|---|
| 发生时机 | 运行时 | 运行时 | 编译时 |
| 主要用途 | 获取类型信息 / 比较类型 | 安全转换指针/引用 | 推导表达式类型 |
| 前置要求 | 多态类型需虚函数，否则静态类型 | 基类必须有虚函数 | 无 |
| 开销 | 极低（查 vtable） | 中等（字符串比较） | 零（编译期） |
| 异常 | 对空指针解引用抛出异常 | 引用失败抛 std::bad_cast | 无 |
最后提醒：
RTTI 是一把双刃剑。它增加了代码的易用性，但会带来运行时开销和内存占用。在 C++ 中，优先使用虚函数和多态设计，只在必要时使用 RTTI。如果开发嵌入式或实时系统，考虑使用 -fno-rtti 彻底关闭它。