C++：从技术实现角度聊聊RTTI
第一次接触RTTI，是在<<深度探索c++对象模型>>这本书中，当时对这块的理解比较浅，可能因为知识积累不足吧。后面在工作中用到的越来越多，也逐渐加深了对其认识，但一直没有一个系统的认知，所以抽出一段时间，把这块内容整理下。
背景
RTTI的英文全称是"Runtime Type Identification"，中文称为"运行时类型识别"，它指的是程序在运行的时候才确定需要用到的对象是什么类型的。用于在运行时（而不是编译时）获取有关对象的信息。
在C++中，由于存在多态行为，基类指针或者引用指向一个派生类，而其指向的真正类型，在编译阶段是无法知道的：
Base *b = new Derived;
Base &b1 = *b;在上述代码中，如果想知道b的具体类型，只能通过其他方式，而RTTI正是为了解决此问题而诞生，也就是说在运行时，RTTI可以通过特有的方式来告诉调用方其所调用的对象具体信息，一般有如下几种：
- •
typeid操作符 - •
type_info类 - •
dynamic_cast操作符
typeid 和 type_info
typeid是C++的关键字之一，等同于sizeof这类的操作符。用来获取类型、变量、表达式的类型信息，适用于C++基础类型、内置类、用户自定义类、模板类等。有如下两种形式：
- •
typeid(type) - •
typeid(expr)
用法如下：
#include <cassert>
#include <iostream>
#include <typeinfo>
class Base {
public:
virtual float f() {
return 1.0;
}
virtual ~Base() {}
};
class Derived : public Base {
};
int main() {
Base* p = new Derived;
Base& r = *p;
assert(typeid(p) == typeid(Base*));
assert(typeid(p) != typeid(Derived*));
assert(typeid(r.f()) == typeid(float));
const char *name = typeid(p).name();
std::cout << name << std::endl;
return 0;
} 返回值
在上面的例子中，用到了了 typeid(xxx).name() ，通过其名称可以看出name()函数返回的是具体类型的变量名称(以字符串的方式)，那么typeid()的类型又是什么？
在翻阅了cppreference之后了解到，typeid操作符的结果是名为type_info的标准库类型的对象的引用（在头文件<typeinfo>中定义），或者说typeid表达式的类型是const std::type_info& 。
ISO C++标准并没有对type_info有明确的要求，仅仅要求必须有以下几个行为接口：
- • t1 == t2 // 如果两个对象t1和t2类型相同，则返回true；否则返回false
- • t1 != t2 // 如果两个对象t1和t2类型不同，则返回true；否则返回false
- • t.name() // 返回类型的C-style字符串
- • t1.before(t2) // 抱歉，我没用过
正是因为标准对type_info做了有限的规定，这就使得每个编译器厂商对type_info类的实现均不相同，从而使得函数功能也不尽相同。以常用的函数typeid().name()举例，int和Base(自定义类)在VS下输出分别为int和Base，而在gcc编译器下，其输出为i和4Base，又比如typeid(std::vector).name()在gcc下输出为St6vectorIiSaIiEE，这是因为编译期对名称进行了mangle，如果我们想得到跟VS下一样结果的话，可以采用如下方式：
#include <cxxabi.h>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>
#include <typeinfo>
#include <vector>
std::string demangle(const char* name) {
int status = -4;
std::unique_ptr<char, void(*)(void*)> res {
abi::__cxa_demangle(name, NULL, NULL, &status),
std::free
};
return (status==0) ? res.get() : name ;
}
int main() {
std::vector<int> v;
std::cout << "before: " << typeid(v).name() << " after: " << demangle(typeid(v).name()) << std::endl;
return 0;
}输出如下：
before: St6vectorIiSaIiEE after: std::vector<int, std::allocator<int> >
下面是gcc编译器对type_info类的定义(仅抽取了声明部分)，如果有兴趣的读者可以点击链接自行阅读：
class type_info {
public:
virtual ~type_info();
const char* name() const;
bool before(const type_info& __arg) const;
bool operator==(const type_info& __arg) const;
bool before(const type_info& __arg) const;
bool operator==(const type_info& __arg) const;
bool before(const type_info& __arg) const;
bool operator==(const type_info& __arg) const;
bool operator!=(const type_info& __arg) const;
size_t hash_code() const throw();
virtual bool __is_pointer_p() const;
virtual bool __is_function_p() const;
virtual bool __do_catch(const type_info *__thr_type, void **__thr_obj,
unsigned __outer) const;
virtual bool __do_upcast(const __cxxabiv1::__class_type_info *__target,
void **__obj_ptr) const;
protected:
const char *__name;
explicit type_info(const char *__n): __name(__n) { }
private:
type_info& operator=(const type_info&);
type_info(const type_info&);
};从上述定义可以看出，其析构函数声明为virtual，至少可以说明其存在子对象，那么子对象又是如何被使用的呢？
其实，type_info可以当做一个接口类(通过调用typeid()获取type_info对象，实际上返回的是一个指向子类对象的type_info引用)，其有多个子类，对于有虚函数的类来说，在虚函数表中有一个slot专门用来存储该对象的信息，这块内容在文章后面将有详细说明。
实现
在前面有提到，typeid()会返回一个const std::type_info&对象，其中存储这对象的基本信息，那么如果其类型对象为多态和非多态时候，其又有什么区别呢？
如果类型对象至少包含一个虚函数，那么typeid操作符的类型是运行时的事情，也就是说在运行时才能获取到其真正的类型信息；否则，在编译期就能获取其具体类型，甚至在某些情况下，可以对typeid()的结果直接进行替换。
多态
多态，我们知道经常用于运行时，也就是说在运行时刻才会知道其指针或者引用指向的具体类型，如果要对一个包含虚函数的对象获取其类型信息(typeid)，那么也是在运行时才能具体知道，举例如下：
#include <iostream>
#include <typeinfo>
class Base
{
public:
virtual void fun() {}
};
class Derived : public Base
{
public:
void fun() {}
};
void fun(Base *b) {
const std::type_info &info = typeid(b);
}
int main() {
Base *b = new Derived;
fun(b);
return 0;
}上述代码汇编后(只取了部分关键代码)，如下所示：
fun(Base*):
push rbp
mov rbp, rsp
mov QWORD PTR [rbp-24], rdi
mov QWORD PTR [rbp-8], OFFSET FLAT:typeinfo for Base*
pop rbp
ret
vtable for Derived:
.quad 0
.quad typeinfo for Derived
.quad Derived::fun()
vtable for Base:
.quad 0
.quad typeinfo for Base
.quad Base::fun()
typeinfo name for Base*:
.string "P4Base"
typeinfo for Base*:
.quad vtable for __cxxabiv1::__pointer_type_info+16
.quad typeinfo name for Base*
.long 0
.zero 4
.quad typeinfo for Base
typeinfo name for Derived:
.string "7Derived"
typeinfo for Derived:
.quad vtable for __cxxabiv1::__si_class_type_info+16
.quad typeinfo name for Derived
.quad typeinfo for Base
typeinfo name for Base:
.string "4Base"
typeinfo for Base:
.quad vtable for __cxxabiv1::__class_type_info+16
.quad typeinfo name for Base首先，我们看fun()函数的汇编(fun(Base*):处)，在其中有一行OFFSET FLAT:typeinfo for Base* 代表获取Base指针所指向对象的typeinfo。那么typeinfo又是如何获取的呢？
我们以Base指针实际指向Derived对象为例，vtable for Derived:部分代表着Derived类的虚函数表内容，其中有一行typeinfo for Derived代表着Derived类的typeinfo信息，而在该段中有一句typeinfo name for Derived代表着该类的名称(7Derived经过mangle之后，该句在上述代码中可以找到)。
综上内容，可以知道，对于存在虚函数的类来说，其对象的typeinfo信息存储在该类的虚函数表中。在运行时刻，根据指针的实际指向，获取其typeinfo()信息，从而进行相关操作。
其实，不难看出，上述汇编基本列出了类的对象布局，但仍然不是很清晰，gcc提供了一个参数 -fdump-class-hierarchy ，可以输出类的布局信息，仍然以上述代码为例，其布局信息如下：
Vtable for Base
Base::_ZTV4Base: 3u entries
0 (int (*)(...))0
8 (int (*)(...))(& _ZTI4Base)
16 (int (*)(...))Base::fun
Class Base
size=8 align=8
base size=8 base align=8
Base (0x0x7f59773402a0) 0 nearly-empty
vptr=((& Base::_ZTV4Base) + 16u)
Vtable for Derived
Derived::_ZTV7Derived: 3u entries
0 (int (*)(...))0
8 (int (*)(...))(& _ZTI7Derived)
16 (int (*)(...))Derived::fun
Class Derived
size=8 align=8
base size=8 base align=8
Derived (0x0x7f59773756e8) 0 nearly-empty
vptr=((& Derived::_ZTV7Derived) + 16u)
Base (0x0x7f5977340300) 0 nearly-empty
primary-for Derived (0x0x7f59773756e8)我们注意查看，以 _ZTI 开头的代表类型信息，也就是Type Info的意思(至于以_Z的意思嘛，我理解的是编译器的行为)，那么 _ZTI7Derived 前面的_ZTI代表类型信息，而后面7代表类名(Derived)的长度，最后面的代表类名。通过上面内存布局信息可以看出，在虚函数表中存在一项_ZTI7Derived，其中存储着该对类的类型信息。
如果想要知道其具体名称，可以使用c++filt来查看，如下：
c++filt _ZTI7Derived
typeinfo for Derived非多态
代码如下：
#include <iostream>
#include <string>
#include <typeinfo>
class MyClss {
};
int main() {
MyClss s;
const std::type_info &info = typeid(s);
return 0;
}在上述代码中，实现了一个空类MyClass，然后在main()中，获取该类对象的typeinfo，上述代码汇编如下：
main:
push rbp
mov rbp, rsp
mov QWORD PTR [rbp-8], OFFSET FLAT:typeinfo for MyClss
mov eax, 0
pop rbp
ret
typeinfo name for MyClss:
.string "6MyClss"
typeinfo for MyClss:
.quad vtable for __cxxabiv1::__class_type_info+16
.quad typeinfo name for MyClss我们注意下在源码中的第三行即const std::type_info &info = typeid(s);对应汇编的第三行即QWORD PTR [rbp-8], OFFSET FLAT:typeinfo for MyClss，从而可以看出，在编译期，编译器已经知道了对象的具体信息，进而可以在某些情况下，直接由编译器进行替换(比如typeinf().name()操作等)。
dynamic_cast
记得在几年前的一次面试中，面试官提了个问题，对于dynamic_cast，如果操作失败了会有什么行为？当时对这块理解的也不深，所以仅仅回答了：对于指针类型转换，如果失败，则返回NULL，而对于引用，转换失败就抛出bad_cast。
作为C++开发人员，基本都知道dynamic_cast是C++中几个常用的类型转换符之一，其通过类型信息(typeinfo)进行相对安全的类型转换，在转换时，会检查转换的src对象是否真的可以转换成dst类型。dynamic_cast转换符只能用于含有虚函数的类，因此其常常用于运行期，对于不包括虚函数的类，完全可以使用其它几个转换符在编译期进行转换。通常来说，其类型转换分为向上转换和向下转换两种，如下图所示：
实例代码如下：
#include <iostream>
#include <typeinfo>
class Base1 {
public:
void f0() {}
virtual void f1() {}
int a;
};
class Base2 {
public:
virtual void f2() {}
int b;
};
class Derived : public Base1, public Base2 {
public:
void d() {}
void f2() {} // override Base2::f2()
int c;
};
int main() {
Derived *d = new Derived;
Base1 *b1 = new Derived;
Base2 *b2 = dynamic_cast<Base2*>(d); // upcasting 向上转换
Derived *d1 = dynamic_cast<Derived*>(b1); // downcasting 向下转换
return 0;
}实现
通过查阅资料，发现dynamic_cast最终会调用libstdc++中的__dynamic_cast函数，所以曾经以为__dynamic_cast函数就是dynamic_cast的实现版本，但是通过对比参数，发现并非如此：
dynamic_cast<T*>(t); // 只有一个参数
// __dynamic_cast声明
__dynamic_cast (const void *src_ptr, // object started from
const __class_type_info *src_type, // type of the starting object
const __class_type_info *dst_type, // desired target type
ptrdiff_t src2dst) // how src and dst are related所以，有没有可能__dynamic_cast只是dynamic_cast的一个分支实现？
为了验证猜测，示例如下：
#include <iostream>
#include <typeinfo>
class Base1 {
public:
void f0() {}
virtual void f1() {}
int a;
};
class Base2 {
public:
virtual void f2() {}
int b;
};
class Derived : public Base1, public Base2 {
public:
void d() {}
void f2() {} // override Base2::f2()
int c;
};
template <class T>
int CheckType(T t) {
int n = 0;
if (dynamic_cast<Derived*>(t)) {
n |= 1;
}
if (dynamic_cast<Base1*>(t)) {
n |= 2;
}
if (dynamic_cast<Base2*>(t)) {
n |= 4;
}
return n;
}
int main() {
Derived *d = new Derived;
Base1 *b1 = new Base1;
Base2 *b2 = new Base2;
CheckType(d);
CheckType(b1);
CheckType(b2);
return 0;
}既然本节内容是dynamic_cast，而只在 CheckType() 函数中才有对dynamic_cast的调用，那么我们着重分析CheckType函数。
首先，我们通过g++的命令-fdump-class-hierarchy获取其内存布局，Derived内存布局如下（需要注意32 (int (*)(...))-16 和 Base2 (0x0x7f7fbbe5b6c0) 16部分）：
Vtable for Derived
Derived::_ZTV7Derived: 7u entries
0 (int (*)(...))0
8 (int (*)(...))(& _ZTI7Derived)
16 (int (*)(...))Base1::f1
24 (int (*)(...))Derived::f2
32 (int (*)(...))-16
40 (int (*)(...))(& _ZTI7Derived)
48 (int (*)(...))Derived::_ZThn16_N7Derived2f2Ev
Class Derived
size=32 align=8
base size=32 base align=8
Derived (0x0x7f7fbbf10c40) 0
vptr=((& Derived::_ZTV7Derived) + 16u)
Base1 (0x0x7f7fbbe5b660) 0
primary-for Derived (0x0x7f7fbbf10c40)
Base2 (0x0x7f7fbbe5b6c0) 16
vptr=((& Derived::_ZTV7Derived) + 48u)向上转换
在CheckType(Derived*)处，通过gdb进行分析，如下：
(gdb) disas
Dump of assembler code for function _Z9CheckTypeIP7DerivedEiT_:
0x00000000004009ce <+0>: push %rbp
0x00000000004009cf <+1>: mov %rsp,%rbp
0x00000000004009d2 <+4>: mov %rdi,-0x18(%rbp)
=> 0x00000000004009d6 <+8>: movl $0x0,-0x4(%rbp)
0x00000000004009dd <+15>: cmpq $0x0,-0x18(%rbp)
0x00000000004009e2 <+20>: je 0x4009e8 <_Z9CheckTypeIP7DerivedEiT_+26>
0x00000000004009e4 <+22>: orl $0x1,-0x4(%rbp) ; if t != nullptr
0x00000000004009e8 <+26>: cmpq $0x0,-0x18(%rbp)
0x00000000004009ed <+31>: je 0x4009f3 <_Z9CheckTypeIP7DerivedEiT_+37>
0x00000000004009ef <+33>: orl $0x2,-0x4(%rbp) ; if t != nullptr
0x00000000004009f3 <+37>: cmpq $0x0,-0x18(%rbp)
0x00000000004009f8 <+42>: je 0x400a0b <_Z9CheckTypeIP7DerivedEiT_+61>
0x00000000004009fa <+44>: mov -0x18(%rbp),%rax
0x00000000004009fe <+48>: add $0x10,%rax
0x0000000000400a02 <+52>: test %rax,%rax
0x0000000000400a05 <+55>: je 0x400a0b <_Z9CheckTypeIP7DerivedEiT_+61>
0x0000000000400a07 <+57>: orl $0x4,-0x4(%rbp) ; if t != nullptr && t + 0x10 != nullptr
0x0000000000400a0b <+61>: mov -0x4(%rbp),%eax
0x0000000000400a0e <+64>: pop %rbp
0x0000000000400a0f <+65>: retq
End of assembler dump.为了便于理解，在上述代码关键部分加上了注释.
我们注意到，在上述汇编代码中，没有找到外部函数调用(__dynamic_cast)，而仅仅是一些常用的跳转和比较指令。其中，前两条orl指令的执行条件为t不为0，而第三条orl指令的执行条件为t不为0且t+16不为0。这几个行为是在编译期完成的，也就是说在本例中，dynamic_cast由编译器在编译期实现了转换，所以可以说其是静态转换。
在前面的内存布局中，Derived对象有3个偏移量，分别为(Derived/Base1 = 0, Base2 = +0x10)，即相对于Derived和Base1其偏移量为0，而相对于Base2其偏移量为16。前两个dynamic_cast是Derived* -> Derived* 和 Derived* -> Base1*，都不需要调整指针，所以在CheckType的if语句中使用t的值作为dynamic_cast的返回值。在第三次Derived* -> Base2*转换中，编译时知道地址是t+0x10，所以计算t+0x10的结果就是dynamic_cast的返回值。
至此，我们可以说，dynamic_cast操作中，向上转换是静态操作，在编译阶段完成。
向下转换
在CheckType(Base1*)处，通过gdb进行分析，如下：
(gdb) disas
Dump of assembler code for function _Z9CheckTypeIP5Base1EiT_:
0x0000000000400a10 <+0>: push %rbp
0x0000000000400a11 <+1>: mov %rsp,%rbp
0x0000000000400a14 <+4>: sub $0x20,%rsp
0x0000000000400a18 <+8>: mov %rdi,-0x18(%rbp)
=> 0x0000000000400a1c <+12>: movl $0x0,-0x4(%rbp)
0x0000000000400a23 <+19>: mov -0x18(%rbp),%rax
0x0000000000400a27 <+23>: test %rax,%rax
0x0000000000400a2a <+26>: je 0x400a4f <_Z9CheckTypeIP5Base1EiT_+63>
0x0000000000400a2c <+28>: mov $0x0,%ecx ; src2dst = 0
0x0000000000400a31 <+33>: mov $0x400c98,%edx ; dst_type<_ZTV7Derived>
0x0000000000400a36 <+38>: mov $0x400cf8,%esi ; src_type<_ZTI5Base1>
0x0000000000400a3b <+43>: mov %rax,%rdi
0x0000000000400a3e <+46>: callq 0x4006d0 <__dynamic_cast@plt>
0x0000000000400a43 <+51>: test %rax,%rax
0x0000000000400a46 <+54>: je 0x400a4f <_Z9CheckTypeIP5Base1EiT_+63>
0x0000000000400a48 <+56>: mov $0x1,%eax
0x0000000000400a4d <+61>: jmp 0x400a54 <_Z9CheckTypeIP5Base1EiT_+68>
0x0000000000400a4f <+63>: mov $0x0,%eax
0x0000000000400a54 <+68>: test %al,%al
0x0000000000400a56 <+70>: je 0x400a5c <_Z9CheckTypeIP5Base1EiT_+76>
0x0000000000400a58 <+72>: orl $0x1,-0x4(%rbp)
0x0000000000400a5c <+76>: cmpq $0x0,-0x18(%rbp)
0x0000000000400a61 <+81>: je 0x400a67 <_Z9CheckTypeIP5Base1EiT_+87>
0x0000000000400a63 <+83>: orl $0x2,-0x4(%rbp)
0x0000000000400a67 <+87>: mov -0x18(%rbp),%rax
0x0000000000400a6b <+91>: test %rax,%rax
0x0000000000400a6e <+94>: je 0x400a95 <_Z9CheckTypeIP5Base1EiT_+133>
0x0000000000400a70 <+96>: mov $0xfffffffffffffffe,%rcx ; src2dst = -2
0x0000000000400a77 <+103>: mov $0x400ce0,%edx ; dst_type<_ZTI5Base2>
0x0000000000400a7c <+108>: mov $0x400cf8,%esi ; src_type<_ZTI5Base1>
0x0000000000400a81 <+113>: mov %rax,%rdi
0x0000000000400a84 <+116>: callq 0x4006d0 <__dynamic_cast@plt>
0x0000000000400a89 <+121>: test %rax,%rax
0x0000000000400a8c <+124>: je 0x400a95 <_Z9CheckTypeIP5Base1EiT_+133>
0x0000000000400a8e <+126>: mov $0x1,%eax
0x0000000000400a93 <+131>: jmp 0x400a9a <_Z9CheckTypeIP5Base1EiT_+138>
0x0000000000400a95 <+133>: mov $0x0,%eax
0x0000000000400a9a <+138>: test %al,%al
0x0000000000400a9c <+140>: je 0x400aa2 <_Z9CheckTypeIP5Base1EiT_+146>
0x0000000000400a9e <+142>: orl $0x4,-0x4(%rbp)
0x0000000000400aa2 <+146>: mov -0x4(%rbp),%eax
0x0000000000400aa5 <+149>: leaveq
---Type <return> to continue, or q <return> to quit---
0x0000000000400aa6 <+150>: retq
End of assembler dump.通过上述汇编代码，很明显可以看出，Base1* -> Base1*不进行任何转换（这不废话嘛，类型是相同的）。而对于Base1* -> Derived* 以及 Base1* -> Base2* 则需要调用__dynamic_cast函数，而其所需要的参数，在汇编指令中也可以看出，下面将对该函数进行详细分析。
__dynamic_cast参数语义
声明如下：
__dynamic_cast (const void *src_ptr, // object started from
const __class_type_info *src_type, // type of the starting object
const __class_type_info *dst_type, // desired target type
ptrdiff_t src2dst) // how src and dst are related在上述声明中：
- • src_ptr代表需要转换的指针
- • src_type原始类型
- • dst_type目标类型
- • src2dst表示从dst到src的偏移量，当该值为如下3个之一时候，有特殊含义:
- • -1: no hint
- • -2: src is not a public base of dst
- • -3: src is a multiple public base type but never a virtual base type
src2dst的值中，-2代表src 不是 dst 的公共基类，如上节中的Base1* -> Base2*；-3代表src是多个（dst的）公共基类并且不是虚基类，即没有虚拟继承的菱形继承。如果不为-1 -2 -3三值之一，则src2dst代表src和dst的偏移，如上一节中从Base1* -> Base1*转换的时候传值为0，即偏移为0；Base1*->Base2*转换的时候，传的值为-2(0xfffffffffffffffe)。
__dynamic_cast实现
extern "C" void *
__dynamic_cast (const void *src_ptr, // object started from
const __class_type_info *src_type, // type of the starting object
const __class_type_info *dst_type, // desired target type
ptrdiff_t src2dst) // how src and dst are related
{
const void *vtable = *static_cast <const void *const *> (src_ptr);
const vtable_prefix *prefix =
adjust_pointer <vtable_prefix> (vtable,
-offsetof (vtable_prefix, origin));
const void *whole_ptr =
adjust_pointer <void> (src_ptr, prefix->whole_object);
const __class_type_info *whole_type = prefix->whole_type;
__class_type_info::__dyncast_result result;
// If the whole object vptr doesn't refer to the whole object type, we're
// in the middle of constructing a primary base, and src is a separate
// base. This has undefined behavior and we can't find anything outside
// of the base we're actually constructing, so fail now rather than
// segfault later trying to use a vbase offset that doesn't exist.
const void *whole_vtable = *static_cast <const void *const *> (whole_ptr);
const vtable_prefix *whole_prefix =
adjust_pointer <vtable_prefix> (whole_vtable,
-offsetof (vtable_prefix, origin));
const void *whole_vtable = *static_cast <const void *const *> (whole_ptr);
const vtable_prefix *whole_prefix =
(adjust_pointer <vtable_prefix>
(whole_vtable, -ptrdiff_t (offsetof (vtable_prefix, origin))));
if (whole_prefix->whole_type != whole_type)
return NULL;
// Avoid virtual function call in the simple success case.
if (src2dst >= 0
&& src2dst == -prefix->whole_object
&& *whole_type == *dst_type)
return const_cast <void *> (whole_ptr);
whole_type->__do_dyncast (src2dst, __class_type_info::__contained_public,
dst_type, whole_ptr, src_type, src_ptr, result);
...这个函数先通过src_ptr来初始化部分局部变量:
- • vtable 通过对src_ptr解引用(deref)获取
- • vtable_prefix 子对象虚函数表地址，通过vtable的类型信息和offset_to_top来获取
- • whole_ptr src_ptr最底层的派生类地址，一般为src_ptr的值加上offset_to_top
- • whole_type src_ptr最底层的派生类的虚函数表中的类型信息(type info)
- • whole_vtable whole对象的虚函数表地址
然后调用whole_type->__do_dyncast，而这也是该函数的核心模块。然后根据返回值的内容来判断结果，并进行相应的操作。
其中，vtable_prefix的定义如下：
struct vtable_prefix
{
// Offset to most derived object.
ptrdiff_t whole_object;
// Pointer to most derived type_info.
const __class_type_info *whole_type;
// What a class's vptr points to.
const void *origin;
};- • whole_object 表示当前指针指向对象的偏移量
- • whole_type 指向 C++ 对象的类型：class（基类）、si_class（单一继承类型）、vmi_class（多重或虚拟继承类型）
- • origin 表示虚函数表的入口，等于实例的虚指针。origin在这里的作用是offsetof，反向获取whole_object的指针。
__class_type_info::__dyncast_result 定义如下：
struct __class_type_info::__dyncast_result
{
const void *dst_ptr; // pointer to target object or NULL
__sub_kind whole2dst; // path from most derived object to target
__sub_kind whole2src; // path from most derived object to sub object
__sub_kind dst2src; // path from target to sub object
int whole_details; // details of the whole class hierarchy
...在前面提到，__do_dyncast被调用之后，后面就根据其出参result的返回值进行各种判断，那么result到底什么意思呢？其实，从上述定义就能看出，whole2dst代表whole对象向dst的转换结果，而whole2src代表whole对象向src的转换结果等，通过下面的图能更加清晰的理解转换过程：
在上图中，有3中类型，src、whole以及dst，__do_dyncast函数功能则是提供该3中类型的转换结果，在只有满足以下3中情况时候，__dynamic_cast才返回非空：
- • src是dst的公共基类
- • dst和src不是直接继承的关系，但是whole2src和whole2dst都是public
- • dst2src未知且whole2src是非public虚继承关系，则不使用whole，重新获取dst和src的关系
这块逻辑比较绕，其实可以将关系理解为图上的一条条连接线，节点理解为类型信息，dynamic_cast的过程，就是判断有没有从src到dst有没有路径的过程。
继承关系
在前面的内容中，遇到过vtable for __cxxabiv1::__si_class_type_info+16这种，那么si_class_type_info又是什么呢？同样，在翻阅了源码之后，发现其是gcc中继承关系的一种。
在gcc中，将继承关系表示为图结构，对于类，有以下三种类型(type info):
- • class __class_type_info : public std::type_info
- • class __si_class_type_info : public __class_type_info
- • class __vmi_class_type_info : public __class_type_info
其中，__class_type_info 表示没有继承关系的类，__si_class_type_info 表示单继承的类，__vmi_class_type_info 表示多继承或虚拟继承的类。类名开头的si代表单继承，vmi代表虚拟或多重继承。
查看定义，__si_class_type_info 包含指向基类类型的单个指针，而 __vmi_class_type_info 包含指向基类类型的指针数组。基类类型存储其子对象的位置和基类的类型（public、virtual）。
仍然以上一节中的代码为例，使用gdb来分析__ZTI7Derived、__ZTI5Base1、__ZTI5Base2的关系
(gdb) x/2xg &_ZTI7Derived
0x555555755d80 <_ZTI7Derived>: 0x00007ffff7dca5d8 0x0000555555554d74
(gdb) x/2xg 0x00007ffff7dca5d8
0x7ffff7dca5d8 <_ZTVN10__cxxabiv121__vmi_class_type_infoE+16>: 0x00007ffff7ae0920 0x00007ffff7ae0940
(gdb) p *(__cxxabiv1::__vmi_class_type_info*)0x555555755d80
$2 = {
<__cxxabiv1::__class_type_info> = {
<std::type_info> = {
_vptr.type_info = 0x7ffff7dca5d8 <vtable for __cxxabiv1::__vmi_class_type_info+16>,
__name = 0x555555554d74 <typeinfo name for Derived> "7Derived"
}, <No data fields>},
members of __cxxabiv1::__vmi_class_type_info:
__flags = 0,
__base_count = 2,
__base_info = {{
__base_type = 0x555555755dc8 <typeinfo for Base1>,
__offset_flags = 2
}}
(gdb) p (*(__cxxabiv1::__vmi_class_type_info*)0x555555755d80)->__base_info[0]
$4 = {
__base_type = 0x555555755dc8 <typeinfo for Base1>,
__offset_flags = 2 <---- __public_mask(2) | offset:0x00
}
(gdb) p (*(__cxxabiv1::__vmi_class_type_info*)0x555555755d80)->__base_info[1]
$5 = {
__base_type = 0x555555755db8 <typeinfo for Base2>,
__offset_flags = 4098 <---- __public_mask(2) | offset:0x10
}
(gdb) x/2xg 0x555555755dc8
0x555555755dc8 <_ZTI5Base1>: 0x00007ffff7dc98d8 0x0000555555554d7b
(gdb) x/2xg 0x00007ffff7dc98d8
0x7ffff7dc98d8 <_ZTVN10__cxxabiv117__class_type_infoE+16>: 0x00007ffff7add930 0x00007ffff7add950
(gdb) x/2xg 0x555555755db8
0x555555755db8 <_ZTI5Base2>: 0x00007ffff7dc98d8 0x0000555555554d77
(gdb) x/2xg 0x00007ffff7dc98d8
0x7ffff7dc98d8 <_ZTVN10__cxxabiv117__class_type_infoE+16>: 0x00007ffff7add930 0x00007ffff7add950
(gdb) p *(__cxxabiv1::__class_type_info*)0x555555755dc8
$6 = {
<std::type_info> = {
_vptr.type_info = 0x7ffff7dc98d8 <vtable for __cxxabiv1::__class_type_info+16>,
__name = 0x555555554d7b <typeinfo name for Base1> "5Base1"
}, <No data fields>}
(gdb) p *(__cxxabiv1::__class_type_info*)0x555555755db8
$7 = {
<std::type_info> = {
_vptr.type_info = 0x7ffff7dc98d8 <vtable for __cxxabiv1::__class_type_info+16>,
__name = 0x555555554d77 <typeinfo name for Base2> "5Base2"
}, <No data fields>}通过上述代码，可以看出_ZTI7Derived是__vmi_class_type_info的一个实例，其基类数组的类型分别是_ZTI5Base1和_ZTI5Base2，通过将这些类型展开，就能获取一张图结构，进而说明dynamic_cast的过程就是遍历图结构确定路径关系的过程，采用的是深度优先搜索。
结语
断断续续写了一个月，期间经历了病毒的折磨，总算是完成了。
至此，算是对gcc的RTTI实现有了一个初步的认识，由于文章内容通过调查资料以及分析源码，所以可能会有理解偏差，欢迎指正。
好了，今天的文章就到这，我们下期见！