C++ typeid 和虚函数详解

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）。

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注的更多内容！