本文分析C++中typeid的实现原理
1. 前言
1.1 typeid
C++里面的typeid是个运算符，返回一个std::type_info常对象的引用，用于标识对象所属的类型。
1.2 std::type_info
- 实现位于/usr/include/c++/7/typeinfo
- 析构函数为virtual
- 有一个保护成员const char *__name, 指向对象的类型名称
- 可以通过name()方法打印出对象的真实类型.
const char* name() const _GLIBCXX_NOEXCEPT { return __name[0] == '*' ? __name + 1 : __name; }
2. 调试分析
2.1 测试环境
- Linux ubuntu18arm64 4.15.0-76-generic #86-Ubuntu SMP Fri Jan 17 17:25:58 UTC 2020 aarch64 aarch64 aarch64 GNU/Linux
- gcc version 7.4.0 (Ubuntu/Linaro 7.4.0-1ubuntu1~18.04.1)
- C++11
2.2 基本数据类型
测试代码
#define PRINT(x) std::cout << "typeid("#x").name() = \"" << typeid(x).name() << "\"" << std::endl;
void test_fundamental_type() {
int i = 1;
int *p = &i;
const float f = 2.0;
volatile double d = 3.0;
PRINT(i);
PRINT(p);
PRINT(f);
PRINT(d);
}
运行结果
typeid(i).name() = "i"
typeid(p).name() = "Pi"
typeid(f).name() = "f"
可以看到，返回的类型名字中const/volatile等限定符都不存在了。
下面以变量i为例， 描述typeid(i).name()的实现原理.
汇编代码如下
... ...
0x0000aaaaaaaab504 <+64>: adrp x0, 0xaaaaaaabc000
0x0000aaaaaaaab508 <+68>: ldr x0, [x0, #3984]
0x0000aaaaaaaab50c <+72>: bl 0xaaaaaaaab840 <std::type_info::name() const>
... ...
获取std::type_info对象地址
(gdb) x/1xg 0xaaaaaaabc000 + 3984
0xaaaaaaabcf90: 0x0000fffff7fc3d90
查看std::type_info对象
(gdb) x/2xg 0x0000fffff7fc3d90
0xfffff7fc3d90 <_ZTIi>: 0x0000fffff7fc38c0 0x0000fffff7f771c0
查看类型名称
(gdb) p (char*)0x0000fffff7f771c0
$1 = 0xfffff7f771c0 <typeinfo name for int> "i"
变量i的type_info对象及其name, 位于libstdc++.so
... ...
fffff7e3e000-fffff7fb2000 r-xp 00000000 fd:00 1311408 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.25
fffff7fb2000-fffff7fc2000 ---p 00174000 fd:00 1311408 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.25
fffff7fc2000-fffff7fcc000 r--p 00174000 fd:00 1311408 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.25
fffff7fcc000-fffff7fce000 rw-p 0017e000 fd:00 1311408 /usr/lib/aarch64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.25
... ...
2.3 类型确定的类类型
测试代码
Derived d;
PRINT(d);
运行结果
typeid(d).name() = "7Derived"
汇编代码如下
... ...
0x0000aaaaaaaab68c <+64>: adrp x0, 0xaaaaaaabc000
0x0000aaaaaaaab690 <+68>: add x0, x0, #0xcb0
0x0000aaaaaaaab694 <+72>: bl 0xaaaaaaaab840 <std::type_info::name() const>
... ...
查看对象d的std::type_info对象
(gdb) x/2xg 0xaaaaaaabc000 + 0xcb0
0xaaaaaaabccb0 <_ZTI7Derived>: 0x0000fffff7fc4278 0x0000aaaaaaaabab8
查看类型名称
(gdb) p (char*)0x0000aaaaaaaabab8
$2 = 0xaaaaaaaabab8 <typeinfo name for Derived> "7Derived"
编译器在编译期间已经知道对象d的std::type_info对象地址
2.4 类型不确定的类类型
基类指针或引用, 无法确定当前对象是Base对象还是Derived对象.
测试代码
Base *pb = &d;
PRINT(*pb);
运行结果
typeid(*pb).name() = "7Derived"
汇编代码如下
... ...
0x0000aaaaaaaab6f4 <+168>: ldr x0, [x29, #32]
0x0000aaaaaaaab6f8 <+172>: cmp x0, #0x0
0x0000aaaaaaaab6fc <+176>: b.eq 0xaaaaaaaab71c <test_class_type()+208> // b.none
0x0000aaaaaaaab700 <+180>: ldr x0, [x0]
0x0000aaaaaaaab704 <+184>: ldur x0, [x0, #-8]
0x0000aaaaaaaab708 <+188>: bl 0xaaaaaaaab840 <std::type_info::name() const>
0x0000aaaaaaaab70c <+192>: mov x1, x0
0x0000aaaaaaaab710 <+196>: mov x0, x19
0x0000aaaaaaaab714 <+200>: bl 0xaaaaaaaab330 <_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc@plt>
0x0000aaaaaaaab718 <+204>: b 0xaaaaaaaab720 <test_class_type()+212>
0x0000aaaaaaaab71c <+208>: bl 0xaaaaaaaab350 <__cxa_bad_typeid@plt>
... ...
typeid(*pb)的实现流程如下
- 先获取*pb对象的vptr
(gdb) x/4xg 0xfffffffff220 + 32
0xfffffffff240: 0x0000fffffffff248 0x0000aaaaaaabcc80
0xfffffffff250: 0x0000000000000000 0xa70531c2abcbb300
(gdb) x/1xg 0x0000fffffffff248
0xfffffffff248: 0x0000aaaaaaabcc80
- 再读取vtable[-1], 获取std::type_info对象
(gdb) x/1xg 0x0000aaaaaaabcc80 - 8
0xaaaaaaabcc78 <_ZTV7Derived+8>: 0x0000aaaaaaabccb0
(gdb) x/2xg 0x0000aaaaaaabccb0
0xaaaaaaabccb0 <_ZTI7Derived>: 0x0000fffff7fc4278 0x0000aaaaaaaabab8
- 查看类型名称
(gdb) p (char *)0x0000aaaaaaaabab8
$3 = 0xaaaaaaaabab8 <typeinfo name for Derived> "7Derived"
3. 总结
- 对基本数据类型或类型确定的类类型, typeid(obj)对应的std::type_info对象地址在编译期间已经确定
- 对类型不确定的类类型(基类指针或引用, 多态), typeid(obj)是运行期间通过当前对象找到vptr, 最后在vtable[-1]找到obj对应的std::type_info对象地址
程序员自我修养(ID: dumphex)
