java - C++ 等价于 java 的 instanceof

Question

实现 C++ 等效于 java 的首选方法是instanceof什么？

Answer 1

尝试使用：

if(NewType* v = dynamic_cast<NewType*>(old)) {
   // old was safely casted to NewType
   v->doSomething();
}

这需要您的编译器启用 rtti 支持。

编辑：我对这个答案有一些很好的评论！

每次您需要使用 dynamic_cast（或 instanceof）时，您最好问问自己这是否是必要的。这通常是设计不佳的标志。

典型的解决方法是将您正在检查的类的特殊行为放入基类的虚函数中，或者可能引入类似访问者的东西，您可以在不更改接口的情况下为子类引入特定行为（除了添加访问者接受接口课程）。

正如所指出的，dynamic_cast 不是免费的。处理大多数（但不是所有情况）的简单且始终如一的 hack 基本上是添加一个枚举，代表您的类可以拥有的所有可能类型，并检查您是否得到了正确的类型。

if(old->getType() == BOX) {
   Box* box = static_cast<Box*>(old);
   // Do something box specific
}

这不是好的 oo 设计，但它可以作为一种解决方法，其成本或多或少只是一个虚函数调用。无论 RTTI 是否启用，它都可以正常工作。

请注意，这种方法不支持多级继承，因此如果您不小心，您可能会得到如下所示的代码：

// Here we have a SpecialBox class that inherits Box, since it has its own type
// we must check for both BOX or SPECIAL_BOX
if(old->getType() == BOX || old->getType() == SPECIAL_BOX) {
   Box* box = static_cast<Box*>(old);
   // Do something box specific
}

Answer 2

根据你想要做什么，你可以这样做：

template<typename Base, typename T>
inline bool instanceof(const T*) {
    return std::is_base_of<Base, T>::value;
}

采用：

if (instanceof<BaseClass>(ptr)) { ... }

但是，这纯粹是对编译器已知的类型进行操作。

编辑：

此代码应适用于多态指针：

template<typename Base, typename T>
inline bool instanceof(const T *ptr) {
    return dynamic_cast<const Base*>(ptr) != nullptr;
}

示例：http ://cpp.sh/6qir

Answer 3

没有dynamic_cast的Instanceof实现

我认为这个问题在今天仍然很重要。使用 C++11 标准，您现在可以实现一个instanceof函数，而无需dynamic_cast像这样使用：

if (dynamic_cast<B*>(aPtr) != nullptr) {
  // aPtr is instance of B
} else {
  // aPtr is NOT instance of B
}

但你仍然依赖RTTI支持。所以这是我根据一些宏和元编程魔术解决这个问题的方法。恕我直言，唯一的缺点是这种方法不适用于多重继承。

InstanceOfMacros.h

#include <set>
#include <tuple>
#include <typeindex>

#define _EMPTY_BASE_TYPE_DECL() using BaseTypes = std::tuple<>;
#define _BASE_TYPE_DECL(Class, BaseClass) \
  using BaseTypes = decltype(std::tuple_cat(std::tuple<BaseClass>(), Class::BaseTypes()));
#define _INSTANCE_OF_DECL_BODY(Class)                                 \
  static const std::set<std::type_index> baseTypeContainer;           \
  virtual bool instanceOfHelper(const std::type_index &_tidx) {       \
    if (std::type_index(typeid(ThisType)) == _tidx) return true;      \
    if (std::tuple_size<BaseTypes>::value == 0) return false;         \
    return baseTypeContainer.find(_tidx) != baseTypeContainer.end();  \
  }                                                                   \
  template <typename... T>                                            \
  static std::set<std::type_index> getTypeIndexes(std::tuple<T...>) { \
    return std::set<std::type_index>{std::type_index(typeid(T))...};  \
  }

#define INSTANCE_OF_SUB_DECL(Class, BaseClass) \
 protected:                                    \
  using ThisType = Class;                      \
  _BASE_TYPE_DECL(Class, BaseClass)            \
  _INSTANCE_OF_DECL_BODY(Class)

#define INSTANCE_OF_BASE_DECL(Class)                                                    \
 protected:                                                                             \
  using ThisType = Class;                                                               \
  _EMPTY_BASE_TYPE_DECL()                                                               \
  _INSTANCE_OF_DECL_BODY(Class)                                                         \
 public:                                                                                \
  template <typename Of>                                                                \
  typename std::enable_if<std::is_base_of<Class, Of>::value, bool>::type instanceOf() { \
    return instanceOfHelper(std::type_index(typeid(Of)));                               \
  }

#define INSTANCE_OF_IMPL(Class) \
  const std::set<std::type_index> Class::baseTypeContainer = Class::getTypeIndexes(Class::BaseTypes());

演示

然后，您可以按如下方式使用这些东西（谨慎）：

DemoClassHierarchy.hpp*

#include "InstanceOfMacros.h"

struct A {
  virtual ~A() {}
  INSTANCE_OF_BASE_DECL(A)
};
INSTANCE_OF_IMPL(A)

struct B : public A {
  virtual ~B() {}
  INSTANCE_OF_SUB_DECL(B, A)
};
INSTANCE_OF_IMPL(B)

struct C : public A {
  virtual ~C() {}
  INSTANCE_OF_SUB_DECL(C, A)
};
INSTANCE_OF_IMPL(C)

struct D : public C {
  virtual ~D() {}
  INSTANCE_OF_SUB_DECL(D, C)
};
INSTANCE_OF_IMPL(D)

以下代码提供了一个小演示，以验证基本的正确行为。

InstanceOfDemo.cpp

#include <iostream>
#include <memory>
#include "DemoClassHierarchy.hpp"

int main() {
  A *a2aPtr = new A;
  A *a2bPtr = new B;
  std::shared_ptr<A> a2cPtr(new C);
  C *c2dPtr = new D;
  std::unique_ptr<A> a2dPtr(new D);

  std::cout << "a2aPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=" << a2aPtr->instanceOf<A>() << std::endl;
  std::cout << "a2aPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=" << a2aPtr->instanceOf<B>() << std::endl;
  std::cout << "a2aPtr->instanceOf<C>(): expected=0, value=" << a2aPtr->instanceOf<C>() << std::endl;
  std::cout << "a2aPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=" << a2aPtr->instanceOf<D>() << std::endl;
  std::cout << std::endl;
  std::cout << "a2bPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=" << a2bPtr->instanceOf<A>() << std::endl;
  std::cout << "a2bPtr->instanceOf<B>(): expected=1, value=" << a2bPtr->instanceOf<B>() << std::endl;
  std::cout << "a2bPtr->instanceOf<C>(): expected=0, value=" << a2bPtr->instanceOf<C>() << std::endl;
  std::cout << "a2bPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=" << a2bPtr->instanceOf<D>() << std::endl;
  std::cout << std::endl;
  std::cout << "a2cPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=" << a2cPtr->instanceOf<A>() << std::endl;
  std::cout << "a2cPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=" << a2cPtr->instanceOf<B>() << std::endl;
  std::cout << "a2cPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=" << a2cPtr->instanceOf<C>() << std::endl;
  std::cout << "a2cPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=" << a2cPtr->instanceOf<D>() << std::endl;
  std::cout << std::endl;
  std::cout << "c2dPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=" << c2dPtr->instanceOf<A>() << std::endl;
  std::cout << "c2dPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=" << c2dPtr->instanceOf<B>() << std::endl;
  std::cout << "c2dPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=" << c2dPtr->instanceOf<C>() << std::endl;
  std::cout << "c2dPtr->instanceOf<D>(): expected=1, value=" << c2dPtr->instanceOf<D>() << std::endl;
  std::cout << std::endl;
  std::cout << "a2dPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=" << a2dPtr->instanceOf<A>() << std::endl;
  std::cout << "a2dPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=" << a2dPtr->instanceOf<B>() << std::endl;
  std::cout << "a2dPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=" << a2dPtr->instanceOf<C>() << std::endl;
  std::cout << "a2dPtr->instanceOf<D>(): expected=1, value=" << a2dPtr->instanceOf<D>() << std::endl;

  delete a2aPtr;
  delete a2bPtr;
  delete c2dPtr;

  return 0;
}

输出：

a2aPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=1
a2aPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=0
a2aPtr->instanceOf<C>(): expected=0, value=0
a2aPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=0

a2bPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=1
a2bPtr->instanceOf<B>(): expected=1, value=1
a2bPtr->instanceOf<C>(): expected=0, value=0
a2bPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=0

a2cPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=1
a2cPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=0
a2cPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=1
a2cPtr->instanceOf<D>(): expected=0, value=0

c2dPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=1
c2dPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=0
c2dPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=1
c2dPtr->instanceOf<D>(): expected=1, value=1

a2dPtr->instanceOf<A>(): expected=1, value=1
a2dPtr->instanceOf<B>(): expected=0, value=0
a2dPtr->instanceOf<C>(): expected=1, value=1
a2dPtr->instanceOf<D>(): expected=1, value=1

表现

现在出现的最有趣的问题是，这种邪恶的东西是否比使用dynamic_cast. 因此，我编写了一个非常基本的性能测量应用程序。

InstanceOfPerformance.cpp

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <string>
#include "DemoClassHierarchy.hpp"

template <typename Base, typename Derived, typename Duration>
Duration instanceOfMeasurement(unsigned _loopCycles) {
  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  volatile bool isInstanceOf = false;
  for (unsigned i = 0; i < _loopCycles; ++i) {
    Base *ptr = new Derived;
    isInstanceOf = ptr->template instanceOf<Derived>();
    delete ptr;
  }
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  return std::chrono::duration_cast<Duration>(end - start);
}

template <typename Base, typename Derived, typename Duration>
Duration dynamicCastMeasurement(unsigned _loopCycles) {
  auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  volatile bool isInstanceOf = false;
  for (unsigned i = 0; i < _loopCycles; ++i) {
    Base *ptr = new Derived;
    isInstanceOf = dynamic_cast<Derived *>(ptr) != nullptr;
    delete ptr;
  }
  auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
  return std::chrono::duration_cast<Duration>(end - start);
}

int main() {
  unsigned testCycles = 10000000;
  std::string unit = " us";
  using DType = std::chrono::microseconds;

  std::cout << "InstanceOf performance(A->D)  : " << instanceOfMeasurement<A, D, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "InstanceOf performance(A->C)  : " << instanceOfMeasurement<A, C, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "InstanceOf performance(A->B)  : " << instanceOfMeasurement<A, B, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "InstanceOf performance(A->A)  : " << instanceOfMeasurement<A, A, DType>(testCycles).count() << unit
            << "\n"
            << std::endl;
  std::cout << "DynamicCast performance(A->D) : " << dynamicCastMeasurement<A, D, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "DynamicCast performance(A->C) : " << dynamicCastMeasurement<A, C, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "DynamicCast performance(A->B) : " << dynamicCastMeasurement<A, B, DType>(testCycles).count() << unit
            << std::endl;
  std::cout << "DynamicCast performance(A->A) : " << dynamicCastMeasurement<A, A, DType>(testCycles).count() << unit
            << "\n"
            << std::endl;
  return 0;
}

结果各不相同，基本上取决于编译器优化的程度。g++ -std=c++11 -O0 -o instanceof-performance InstanceOfPerformance.cpp使用我本地机器上的输出编译性能测量程序是：

InstanceOf performance(A->D)  : 699638 us
InstanceOf performance(A->C)  : 642157 us
InstanceOf performance(A->B)  : 671399 us
InstanceOf performance(A->A)  : 626193 us

DynamicCast performance(A->D) : 754937 us
DynamicCast performance(A->C) : 706766 us
DynamicCast performance(A->B) : 751353 us
DynamicCast performance(A->A) : 676853 us

嗯，这个结果非常发人深省，因为时间表明新方法与dynamic_cast方法相比并没有快多少。对于测试 的指针A是否为A. 但是通过使用编译器 otpimization 调整我们的二进制文件，潮流发生了逆转。相应的编译器命令是g++ -std=c++11 -O3 -o instanceof-performance InstanceOfPerformance.cpp. 在我的本地机器上的结果是惊人的：

InstanceOf performance(A->D)  : 3035 us
InstanceOf performance(A->C)  : 5030 us
InstanceOf performance(A->B)  : 5250 us
InstanceOf performance(A->A)  : 3021 us

DynamicCast performance(A->D) : 666903 us
DynamicCast performance(A->C) : 698567 us
DynamicCast performance(A->B) : 727368 us
DynamicCast performance(A->A) : 3098 us

如果您不依赖多重继承，不反对好的旧 C 宏、RTTI 和模板元编程，并且不太懒于向类层次结构的类添加一些小指令，那么这种方法可以稍微提升您的应用程序关于它的性能，如果您经常检查指针的实例。但请谨慎使用。不保证此方法的正确性。

注意：所有演示都是clang (Apple LLVM version 9.0.0 (clang-900.0.39.2))在 2012 年中的 MacBook Pro 上使用 macOS Sierra 编译的。

编辑： 我还使用gcc (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.9) 5.4.0 20160609. 在这个平台上，性能优势并不像在带有 clang 的 macO 上那么显着。

输出（没有编译器优化）：

InstanceOf performance(A->D)  : 390768 us
InstanceOf performance(A->C)  : 333994 us
InstanceOf performance(A->B)  : 334596 us
InstanceOf performance(A->A)  : 300959 us

DynamicCast performance(A->D) : 331942 us
DynamicCast performance(A->C) : 303715 us
DynamicCast performance(A->B) : 400262 us
DynamicCast performance(A->A) : 324942 us

输出（带有编译器优化）：

InstanceOf performance(A->D)  : 209501 us
InstanceOf performance(A->C)  : 208727 us
InstanceOf performance(A->B)  : 207815 us
InstanceOf performance(A->A)  : 197953 us

DynamicCast performance(A->D) : 259417 us
DynamicCast performance(A->C) : 256203 us
DynamicCast performance(A->B) : 261202 us
DynamicCast performance(A->A) : 193535 us

Answer 4

dynamic_cast众所周知是低效的。它向上遍历继承层次结构，如果您有多个继承级别，并且需要检查对象是否是其类型层次结构中任何一种类型的实例，它是唯一的解决方案。

但是，如果一个更有限的形式instanceof只检查一个对象是否正是您指定的类型，就足以满足您的需求，那么下面的函数会更有效率：

template<typename T, typename K>
inline bool isType(const K &k) {
    return typeid(T).hash_code() == typeid(k).hash_code();
}

这是您如何调用上述函数的示例：

DerivedA k;
Base *p = &k;

cout << boolalpha << isType<DerivedA>(*p) << endl;  // true
cout << boolalpha << isType<DerivedB>(*p) << endl;  // false

您将指定模板类型A（作为您要检查的类型），并传入您要测试的对象作为参数（从中K推断出模板类型）。

Answer 5

#include <iostream.h>
#include<typeinfo.h>

template<class T>
void fun(T a)
{
  if(typeid(T) == typeid(int))
  {
     //Do something
     cout<<"int";
  }
  else if(typeid(T) == typeid(float))
  {
     //Do Something else
     cout<<"float";
  }
}

void main()
 {
      fun(23);
      fun(90.67f);
 }