C++ typeid 和虚函数详解

2024-04-02 19:55

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typeid 和虚函数

前面咱们讲到 typeid 的操作返回值是 type_info 对象的引用，然后输出返回值的地址是相同的，测试代码如下：


#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

也就是说，0x55dd724c6d48 就是 Derived 类编译之后的类标识（type_info）数据信息！是否真的如此，咱们可以添加一下代码测试：


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;
    //指针类型推导
    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 类的 type_info 信息的地址就是 0x558a4dec7d48 ！要注意的一点：直接对指针类型进行操作，并不能返回正确的原始类型。

好了嘛，那 typeid 到底是咋从虚函数表找到这个地址的呢？如果大家看过我之前的深入理解new[]和delete[]_master-计算机科学专栏-CSDN博客一文，应该就能够想到是不是C++编译器对虚函数表进行构造的过程中是不是也一样，做了地址偏移呢？

咱们看看上面代码的汇编信息：

通过查看汇编信息，我们得到以下结论：

虚函数表中确实存有typeinfo信息（第一个虚函数的地址偏移 -1 即是）typeinfo信息是区分指针类型是的（指针类型有前缀P，例如 P4Base、P7Derived）

然后，我们仔细观察四个 typeinfo 类（Derived*、 Base*、Derived、Base），每个typeinfo 类都有一个虚函数表，继承自 vtable for __cxxabiv1::******* ，后面的信息会不一样。这里对该信息做一下简单说明：

对于启用了 RTTI 的类来说会继承 __cxxabiv1 里的某个类所有的基础类（没有父类的类）都继承于_class_type_info所有的基础类指针都继承自 __pointer_type_info所有的单一继承类都继承自 __si_class_type_info所有的多继承类都继承自 __vmi_class_type_info
以typeinfo for Derived为例：

然后是指向存储类型名字的指针，
如果有继承关系，则最后是指向父类的 typeinfo 的记录。

所以，如果是正常调 typeinfo 基类（_class_type_info、__pointer_type_info、__si_class_type_info、__vmi_class_type_info）的方法，应该会动态调到 type_info 的继承类（typeinfo for Derived*、typeinfo for Base*、typeinfo for Derived、typeinfo for Base）的方法。

但是，typeid 操作指针类型时并不是这样，说明C++编译器底层有特殊处理！

调试以下代码：


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

通过汇编信息，可以看到这里并没有做任何动态调用的逻辑，而是直接返回该指针类型的typeinfo信息，这也就解释了为什么 typeid 操作指针和操作对象的结果不一样！

那么我们在使用typeid时，如果要获取到真实对象类型，应该要将指针去掉！

为了验证我们前面的结论：虚函数表中确实存有typeinfo信息（第一个虚函数的地址偏移 -1 即是），咱们可以直接通过指针的方式操作虚函数表！

测试代码如下：


#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();
	//这里去遍历虚函数表
	visitVtbl((unsigned long **)*(unsigned long **)pBase2, 2);
	//获取虚函数表-1位置的typeinfo地址
	cout << "pDerive = " << getTypeInfo((unsigned long **)*(unsigned long **)pDerive) << " "
	<< getTypeInfo((unsigned long **)*(unsigned long **)pDerive)->name() << endl;
	//获取虚函数表-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;
}

这里要注意的一点是，遍历虚函数表 visitVtbl 方法的第2个参数，自己控制不要越界，此外，还要注意调用的顺序，如果先调用了虚析构函数，会导致内存错误！

output信息：

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

通过直接访问虚函数表-1位置，我们可以看到输出的日志信息与我们前面的结论是一致的！也即是C++编译器给我们做了偏移操作（在-1的位置存储了type_info信息，实例化对象中的虚函数表地址是偏移之后的地址）。