【问题标题】:Automate LLVM style RTTI code自动化 LLVM 风格的 RTTI 代码
【发布时间】:2013-04-04 14:57:07
【问题描述】:

对于特定的类层次结构,我需要知道基类引用是否是特定派生类的实例。 由于不同的原因,我这里不能使用标准的 C++ RTTI,我需要实现一个自定义的instanceof 机制。

LLVM-stle RTTI 可以满足我的需求,但我想知道它是否存在一种方法(以某种方式使用模板)来自动执行 classof 方法?

这种机制是否有其他/更简单的实现可以让我们知道基类是否是派生类的实例?

我的限制:

  • 我没有多重继承,但我有多个继承级别。
  • 对内存占用的影响必须尽可能小,并且不能执行动态分配。

【问题讨论】:

  • 添加一个像get_class_id()这样的虚函数怎么样?
  • @KerrekSB 这基本上就是 LLVM 风格的 RTTI 的工作方式。每个类都有一个静态标识符。问题不在于如何唯一标识一个类。

标签: c++ llvm rtti


【解决方案1】:

我想知道是否存在一种方法(以某种方式使用模板)来自动执行 classof 方法?

是的,有一些方法可以使 classof 方法自动化,我真的不明白为什么 LLVM 页面会展示一组手工制作的 classof 方法,因为如果你自动化这个非常简单的过程,它的可扩展性就会大大提高。

这是一个非常基本的解决方案:

class TypedObject {
  public:
    virtual ~TypedObject() { };

    virtual int getClassId() const { return 0; };
    static int getStaticClassId() { return 0; };

    virtual bool isOfType(int aID) const { return (aID == 0); };

    template <typename T>
    bool isOfClass() const { return isOfType( T::getStaticClassId() ); };

};

运行时转换(即dynamic_cast)函数如下所示:

template <typename T>
T* runtime_ptr_cast(TypedObject* p) {
  if( (p) && (p->isOfClass<T>()) )
    return static_cast<T*>( p );
  return NULL;
};

template <typename T>
typename std::enable_if< 
  std::is_const< T >::value,
T* >::type runtime_ptr_cast(const TypedObject* p) {
  if( (p) && (p->isOfClass<T>()) )
    return static_cast<T*>( p );
  return NULL;
};

那么,您只需要宏来自动创建虚拟和静态函数:

#define MY_RTTI_SYSTEM_CREATE_TYPE_1_BASE( NEWCLASSID, BASECLASSNAME ) \
  public: \
    virtual int getClassId() const { return NEWCLASSID; }; \
    static int getStaticClassId() { return NEWCLASSID; }; \
     \
    virtual bool isOfType(int aID) const { \
      return ((aID == NEWCLASSID) || BASECLASSNAME::isOfType(aID)); \ 
    };

然后,您可以像这样创建一个新类:

class Foo : public TypedObject {

  // ... some code, as usual ...

  // call the macro with a given ID number and the name of the base-class:
  MY_RTTI_SYSTEM_CREATE_TYPE_1_BASE(1, TypedObject)
};

这会导致:

int main() {
  Foo f;
  TypedObject* b = &f;

  // check the type:
  if( b->isOfClass<Foo>() ) 
    std::cout << "b is indeed for class Foo!" << std::endl;

  // make a dynamic cast:
  Foo* pf = runtime_ptr_cast<Foo>( b );
  if( pf )
    std::cout << "cast to 'Foo*' was successful!" << std::endl;

  const TypedObject* cb = b; 
  const Foo* cpf = runtime_ptr_cast<const Foo>( cb );
  if( cpf )
    std::cout << "cast to 'const Foo*' was successful!" << std::endl;

  Foo* pf2 = runtime_ptr_cast<Foo>( cb ); // ERROR: no such function (invalid cast).
};

当然,您也可以将其扩展到多重继承,只需创建更多宏来注册类型。这个方案也有无数种变化(我个人在my implementation 中将类型注册到全局存储库并提供对工厂函数的访问权限)。

我认为没有任何实用的方法可以避免在您创建的每个类中都使用 MACRO 调用。我已经考虑了一段时间(前段时间,当我自己做的时候),我得出的结论是,最简单和最干净的解决方案是在课堂上进行 MACRO 调用(尽管我非常不屑于 MACRO 在一般的)。但我不知道,也许其他人对此有更好的(基于模板的)解决方案,不会造成太多混乱或不太干扰。多年来我一直在使用这个方案,它非常漂亮和干净。

我没有多重继承,但我有多个继承级别。

上述方案适用于任何级别的继承(即,它是一种可扩展的解决方案)。如果有一天您愿意,它也可以很容易地适应多重继承。

对内存占用的影响必须尽可能小

我知道 LLVM 更喜欢没有任何虚函数的解决方案,而是在基类中使用整数 ID 数据成员。使用这种方案(但可能)实现与上述相同的功能变得有点困难。使用虚拟函数要容易得多,它只占用一个指针(vtable 指针)的空间,该指针通常不比整数 ID 数据成员大多少。如果类已经是多态的,那么成本就完全没有了。而且,当然,上面的内容比内置的 C++ RTTI 轻得多。所以,除非你真的想压缩那些你可以用积分 ID(或枚举)解决方案节省的字节,否则我建议你使用基于虚拟函数的解决方案,就像我上面展示的那样。

无法进行动态分配。

一般不需要动态分配。只有更复杂(且功能丰富)的 RTTI 实现需要一些动态分配。如果您只想能够执行“classof()”(因此,动态转换),那么肯定不需要动态内存分配。

【讨论】:

  • 感谢您的精彩回答!我想我完全同意你的分析。与 LLVM 枚举相比,虚拟方法实现的另一个优点是您不需要知道基类中的每个派生类。我自己离这个解决方案不远,但想避免使用这样的宏。我终于想不出更好的基于模板的解决方案(我不是真正的超级模板英雄:))。我想我会尝试一下您的解决方案。
  • +1,非常优雅的模板解决方案。不过,据我所知,LLVM 并没有因为 vptr 空间成本而避免使用虚函数(它们无论如何都具有多态性),但是因为调用虚函数比调用非虚函数慢,并且它们使用这种 RTTI-like机制一个很多
【解决方案2】:

您想要某种树状数据结构作为全局变量来存储您的类层次结构

class Foo : public Foo_Parent {
  IS_PART_OF_HIERARCHY

public:
  Foo();
  ...
}

#define IS_PART_OF_HIERARCHY
  private:
    static Hierarchy<string> *node;
  public:
    bool isChildOf( string parent ) const;
    bool isParentOf( string child ) const;

在 .cpp 文件中

INSERT_INTO_HIERARCHY( Foo, Foo_Parent )

Foo::Foo() {}
....

#define INSERT_INTO_HIERARCHY( class_name, parent_class_name )
  Hierarchy<string> class_name::node = classes_hierarchy.insertAfter( #parent_class_name );
  bool class_name::isChildOf const( string ) {
      auto *node = class_name::node;
      // traverse the parents of node
  }
  bool class_name::isParentOf const( string ) {
      auto *node = class_name::node;
      // traverse the children of node
  }

我在STL中找不到层次类,实现一个有点棘手,我不知道是否值得。

【讨论】:

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