C++ 标准库typeinfo

下面对 C++ 标准库中 <typeinfo> 头文件提供的运行时类型识别（RTTI）支持做一次系统、深入的梳理，包括typeid 操作符、std::type_info类、相关异常类型、典型用法与实践建议。

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一、概述

• <typeinfo> 依赖于编译器的运行时类型识别（RTTI）机制，允许在程序运行期间查询对象或表达式的类型信息。
• 主要提供：
  1. typeid 操作符
  2. std::type_info 类
  3. 相关异常：std::bad_typeid、std::bad_cast

注意：在多数编译器中，RTTI 默认开启；可通过编译选项（如 GCC 的 -fno-rtti）关闭，关闭后 <typeinfo> 功能受限。

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二、typeid 操作符

1. 基本语法

#include <typeinfo>

typeid(expr)           // expr 为任意可求类型的表达式
typeid(T)              // T 为类型名

• 返回：一个对 const std::type_info 的引用，表示该表达式或类型的实际类型信息。
• 用例：int i = 0; double d = 3.14; const std::type_info &ti1 = typeid(i); const std::type_info &ti2 = typeid(double);

2. 多态类型上的动态识别

• 当 expr 是一个多态类型（即至少含有一个虚函数）的左值引用或指针时，typeid(expr) 会返回动态类型（dynamic type）；否则返回静态类型（static type）。
• 示例：struct Base { virtual ~Base() = default; }; struct D1 : Base {}; Base* bp = new D1; std::cout << typeid(*bp).name(); // 输出 D1 的类型名（动态识别）

如果 bp 是空指针，则 typeid(*bp) 会抛出 std::bad_typeid 异常。

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三、std::type_info 类

标准定义了一个不可派生、可复制的类 std::type_info，其常用成员如下：

成员	说明
const char* name() const noexcept	返回一个实现定义的类型名字符串（通常是mangled，如 "i" 表示 int）
bool before(const type_info& rhs) const noexcept	按某种全序比较类型先后（但并不反映继承关系），可用于在关联容器中排序
bool operator==(const type_info&) const noexcept	判断两者是否表示同一类型
bool operator!=(const type_info&) const noexcept	判断是否不同
std::size_t hash_code() const noexcept	返回一个与类型对应的哈希值

• 注意：
  • name() 的结果不保证可读，需要在不同平台用不同 API（如 GCC 下的 abi::__cxa_demangle）进行解码。
  • before() 与全序排序有关，但其结果是实现定义的，不应用于继承判断。

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四、相关异常

1. std::bad_typeid

• 抛出场景：对空指针解引用取 typeid，例如 typeid(*p) 当 p==nullptr 时。
• 继承：派生自 std::exception，可通过 what() 获取异常消息。

2. std::bad_cast

• 抛出场景：动态类型转换失败时（dynamic_cast<Derived&>(base_ref) 将抛此异常）。
• 与 <typeinfo> 配合，用于引用的运行时检查。

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五、典型用法示例

#include <iostream>
#include <typeinfo>
#ifdef __GNUG__
# include <cxxabi.h>  // GCC 下用于 demangle
#endif

// 辅助：GCC/Clang 下 demangle
std::string demangle(const char* mangled) {
#ifdef __GNUG__
    int status = 0;
    char* realname = abi::__cxa_demangle(mangled, nullptr, nullptr, &status);
    std::string name = (status == 0 && realname) ? realname : mangled;
    std::free(realname);
    return name;
#else
    return mangled;  // 其他编译器直接返回
#endif
}

struct Base { virtual ~Base() = default; };
struct Derived : Base {};

void printType(const Base* p) {
    try {
        const std::type_info& ti = typeid(*p);
        std::cout << "Dynamic type: " << demangle(ti.name()) << "\n";
    } catch (const std::bad_typeid& e) {
        std::cout << "bad_typeid: " << e.what() << "\n";
    }
}

int main() {
    int x = 42;
    std::cout << "int is: " << demangle(typeid(x).name()) << "\n";
    Base* bp = new Derived;
    printType(bp);
    delete bp;
    bp = nullptr;
    printType(bp);  // 演示 std::bad_typeid
    return 0;
}

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六、实践建议

1. 谨慎依赖 name() 可读性
   • 不同编译器／版本间 name() 格式不统一，若要打印友好类型，请结合平台的 demangle API 或使用第三方库（如 Boost.TypeIndex）。
2. 仅在必要时使用 RTTI
   • 运行时类型识别会带来额外开销；若可通过设计模式（如虚函数接口、访问者模式）替代，优先考虑静态多态或手动标记。
3. 异常安全
   • 对多态对象指针解引用前检查是否为 nullptr，或捕获 std::bad_typeid。
4. 避免 before() 做继承判断
   • 若要判断派生关系，请使用 dynamic_cast（对指针返回 nullptr，对引用抛 std::bad_cast）。
5. 配合模板元编程
   • 对模板中类型进行编译期判断（如 <type_traits>）通常更高效；仅对运行期多态对象才用 <typeinfo>。

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通过以上对 <typeinfo> 中 RTTI 支持的全面梳理，希望帮助你在需要运行时类型检查、动态类型转换和类型信息打印等场景中正确、高效地使用标准库功能。祝编码顺利！