dynamic_cast 是如何实现的

Question

考虑这个简单的层次结构：

class Base { public: virtual ~Base() { } };
class Derived : public Base { };

使用dynamic_cast<Derived*>(p) 可以尝试将Base* p 向下转换为Derived*。我曾经认为dynamic_cast 的工作原理是将p 中的vtable 指针与Derived 对象中的指针进行比较。

但是如果我们从Derived 派生另一个类呢？我们现在有：

class Derived2 : public Derived { };

在这种情况下：

Base* base = new Derived2;
Derived* derived = dynamic_cast<Derived*>(base);

即使Derived2 中的vtable 指针与Derived 中的vtable 指针无关，我们仍然可以成功向下转换。

它实际上是如何工作的？ dynamic_cast 怎么知道Derived2 是否派生自Derived（如果Derived 在不同的库中声明会怎样）？

我正在寻找有关其实际工作原理的具体细节（最好在 GCC 中，但其他也很好）。这个问题不是与this question 的重复（没有具体说明它是如何工作的）。

Answer 1

魔法。

开个玩笑。如果你真的想详细研究这个，为 GCC 实现它的代码在 libsupc++ 中，它是 libstdc++ 的一部分。

https://github.com/mirrors/gcc/tree/master/libstdc%2B%2B-v3/libsupc%2B%2B

具体来说，查找名称中包含 tinfo 或 type_info 的所有文件。

或者阅读这里的描述，这可能更容易理解：

https://itanium-cxx-abi.github.io/cxx-abi/abi.html#rtti

这详细说明了编译器生成的类型信息的格式，并且应该为您提供运行时支持如何找到正确的转换路径的线索。

Answer 2

dynamic_cast 如何知道 Derived2 是否派生自 Derived（如果 Derived 在不同的库中声明会怎样）？

dynamic_cast 本身什么都不知道，它的编译器知道这些事实。 vtable 不一定只包含指向虚函数的指针。

我会（天真地）这样做：我的 vtable 将包含指向 dynamic_cast 使用的某些类型信息 (RTTI) 的指针。一个类型的 RTTI 将包含指向基类的指针，因此我可以在类层次结构中向上。演员的伪代码如下所示：

Base* base = new Derived2; //base->vptr[RTTI_index] points to RTTI_of(Derived2)

//dynamic_cast<Derived*>(base):
RTTI* pRTTI = base->vptr[RTTI_index];
while (pRTTI && *pRTTI != RTTI_of(Derived))
{
  pRTTI = pRTTI->ParentRTTI;
}
if (pRTTI) return (Derived*)(base);
return NULL;

Answer 3

dynamic_cast 如何知道Derived2 是否派生自Derived（如果Derived 在不同的库中声明会怎样）？

这个问题的答案非常简单：dynamic_cast 可以通过保留这些知识来知道这一点。

当编译器生成代码时，它会将有关类层次结构的数据保存在某种表中，dynamic_cast 可以稍后查找。该表可以附加到 vtable 指针，以便通过 dynamic_cast 实现轻松查找。这些类的typeid 所需的数据也可以与这些类一起存储。

如果涉及到库，这类事情通常需要将这些类型信息结构暴露在库中，就像函数一样。例如，可能会出现类似“未定义对 'vtable for XXX' 的引用”的链接器错误（天哪，这很烦人！），就像函数一样。