C++ typeid 和虛函數詳解

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typeid 和虛函數

前面咱們講到 typeid 的操作返回值是 type_info 對象的引用，然後輸出返回值的地址是相同的，測試代碼如下：

#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，0x55dd724c6d48 就是 Derived 類編譯之後的類標識（type_info）數據信息！是否真的如此，咱們可以添加一下代碼測試：

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
    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 ！要註意的一點：直接對指針類型進行操作，並不能返回正確的原始類型。

好瞭嘛，那 typeid 到底是咋從虛函數表找到這個地址的呢？如果大傢看過我之前的 深入理解new[]和delete[]_master-計算機科學專欄-CSDN博客 一文，應該就能夠想到是不是C++編譯器對虛函數表進行構造的過程中是不是也一樣，做瞭地址偏移呢？

咱們看看上面代碼的匯編信息：

通過查看匯編信息，我們得到以下結論：

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

然後，我們仔細觀察四個 typeinfo 類（Derived*、 Base*、Derived、Base），每個typeinfo 類都有一個虛函數表，繼承自 vtable for __cxxabiv1::******* ，後面的信息會不一樣。這裡對該信息做一下簡單說明：

對於啟用瞭 RTTI 的類來說會繼承 __cxxabiv1 裡的某個類所有的基礎類（沒有父類的類）都繼承於_class_type_info所有的基礎類指針都繼承自 __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：

然後是指向存儲類型名字的指針，
如果有繼承關系，則最後是指向父類的 typeinfo 的記錄。

所以，如果是正常調 typeinfo 基類（_class_type_info、__pointer_type_info、__si_class_type_info、__vmi_class_type_info）的方法，應該會動態調到 type_info 的繼承類 （typeinfo for Derived*、typeinfo for Base*、typeinfo for Derived、typeinfo for Base）的方法。

但是，typeid 操作指針類型時並不是這樣，說明C++編譯器底層有特殊處理！

調試以下代碼：

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

通過匯編信息，可以看到這裡並沒有做任何動態調用的邏輯，而是直接返回該指針類型的typeinfo信息，這也就解釋瞭為什麼 typeid 操作指針和操作對象的結果不一樣！

那麼我們在使用typeid時，如果要獲取到真實對象類型，應該要將指針去掉！

為瞭驗證我們前面的結論： 虛函數表中確實存有typeinfo信息（第一個虛函數的地址偏移 -1 即是），咱們可以直接通過指針的方式操作虛函數表！

測試代碼如下：

#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();
	//這裡去遍歷虛函數表
	visitVtbl((unsigned long **)*(unsigned long **)pBase2, 2);
	//獲取虛函數表-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;
}

這裡要註意的一點是，遍歷虛函數表 visitVtbl 方法的第2個參數，自己控制不要越界，此外，還要註意調用的順序，如果先調用瞭虛析構函數，會導致內存錯誤！

output信息：

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

通過直接訪問虛函數表-1位置，我們可以看到輸出的日志信息與我們前面的結論是一致的！也即是C++編譯器給我們做瞭偏移操作（在-1的位置存儲瞭type_info信息，實例化對象中的虛函數表地址是偏移之後的地址）。

總結

本篇文章就到這裡瞭，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關註WalkonNet的更多內容！

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