LLVM的RTTI特性

本文思路来源于http://llvm.org/docs/HowToSetUpLLVMStyleRTTI.html，叙述有不同，望谅解，希望能从其他方面帮助大家了解C++语言的底层实现。

背景

在LLVM中默认禁止了C++的RTTI特性（RTTI特性的开关-fno-rtti），主要是为了性能考虑（C++默认的RTTI特别冗余，会使得编译生成的文件大小增大，如果不使用RTTI反射机制的话，建议关闭。如果你对性能有极致要求的话，还可以考虑-fno-exceptions 禁用异常机制，但是关闭这两个特性的话，需要重新编译每一个依赖的软件，比如最常用的libstdc++，这个工作量就比较大了）。但是为了方便考虑，LLVM中又使用了自己手撸（hand-rolled,手卷，感觉翻译成手撸可能比较贴合语义）的RTTI，这种特有的RTTI特性更有效而且更加灵活。当然，方便性的同时，也带来了更多的工作量。

在这里所有的工作都在LLVM 的UserManual中有体现，在深入研究之前，要求类的书写者（类的使用者，根本不会遇到如何实现LLVM的RTTI特性问题）了解“is-a”与“is-like-a”的关系（B继承至A，覆盖A的方法，B is-a A，新增方法，B is-like-a A）。

基础

本节介绍如何设置最基本的LLVM风格的RTTI（这足以满足99.9%的情况）。比如，我们的类继承关系如下：

class Shape {
public:
  Shape() {}
  virtual double computeArea() = 0;
};

class Square : public Shape {
  double SideLength;
public:
  Square(double S) : SideLength(S) {}
  double computeArea() override;
};

class Circle : public Shape {
  double Radius;
public:
  Circle(double R) : Radius(R) {}
  double computeArea() override;
};

按照以下4步进行修改，你就可以得到一个llvm形式的RTTI：

1.添加头文件

#include "llvm/Support/Casting.h"

2.在基类中，添加一个枚举类型，这个枚举类型存储所有继承至该类的每个类的值（其实就是枚举编码）

实现代码如下：

class Shape {
 public:
+  /// Discriminator for LLVM-style RTTI (dyn_cast<> et al.)
+  enum ShapeKind {
+    SK_Square,
+    SK_Circle
+  };
+private:
+  const ShapeKind Kind;
+public:
+  ShapeKind getKind() const { return Kind; }
+
   Shape() {}
   virtual double computeArea() = 0;
 };

这里值得提的一点是，llvm风格的RTTI支持没有v-tables（虚函数表）的类，而C++默认的dynamic_cast<>运算符并不支持这种转换。

3.接下来，需要确保该类被初始化为与类的动态类型相对应的值。通常，您希望它是基类构造函数的参数，然后从子类构造函数传入各自的XXXkind。

class Shape {
 public:
   /// Discriminator for LLVM-style RTTI (dyn_cast<> et al.)
   enum ShapeKind {
     SK_Square,
     SK_Circle
   };
 private:
   const ShapeKind Kind;
 public:
   ShapeKind getKind() const { return Kind; }

-  Shape() {}
+  Shape(ShapeKind K) : Kind(K) {}
   virtual double computeArea() = 0;
 };

 class Square : public Shape {
   double SideLength;
 public:
-  Square(double S) : SideLength(S) {}
+  Square(double S) : Shape(SK_Square), SideLength(S) {}
   double computeArea() override;
 };

 class Circle : public Shape {
   double Radius;
 public:
-  Circle(double R) : Radius(R) {}
+  Circle(double R) : Shape(SK_Circle), Radius(R) {}
   double computeArea() override;
 };

4.有了上边的这些代码，还不够，还需要一步：告诉类，自己的类型是什么，这里是通过classof方法实现的

class Shape {
 public:
   /// Discriminator for LLVM-style RTTI (dyn_cast<> et al.)
   enum ShapeKind {
     SK_Square,
     SK_Circle
   };
 private:
   const ShapeKind Kind;
 public:
   ShapeKind getKind() const { return Kind; }

   Shape(ShapeKind K) : Kind(K) {}
   virtual double computeArea() = 0;
 };

 class Square : public Shape {
   double SideLength;
 public:
   Square(double S) : Shape(SK_Square), SideLength(S) {}
   double computeArea() override;
+
+  static bool classof(const Shape *S) {
+    return S->getKind() == SK_Square;
+  }
 };

 class Circle : public Shape {
   double Radius;
 public:
   Circle(double R) : Shape(SK_Circle), Radius(R) {}
   double computeArea() override;
+
+  static bool classof(const Shape *S) {
+    return S->getKind() == SK_Circle;
+  }
 };

这里已经完成了LLVM风格的RTTI（其实C++的RTTI实现也是同样的方法，这里用法有点不准确，LLVM和MSVC的RTTI实现略有不同，大概流程是typeid，调用___RTtypeid()，判断是否有vfptr，然后根据type_info来进行实现的，具体可以看下struct RTTIXXX那几个结构体，感兴趣的反汇编一下看看）

如何实现层次继承的RTTI特性，大家可以关注下原文，主要是修改对应的classof，将原来的==判断改为多个判断，这里不进行赘述。

经验法则

懒得翻译了，自己看吧，很简单，重要的是继承树的先序遍历

1. The Kind enum should have one entry per concrete class, ordered according to a preorder traversal of the inheritance tree.
2. The argument to classof should be a const Base *, where Base is some ancestor in the inheritance hierarchy. The argument should never be a derived class or the class itself: the template machinery for isa<> already handles this case and optimizes it.
3. For each class in the hierarchy that has no children, implement a classof that checks only against its Kind.
4. For each class in the hierarchy that has children, implement a classof that checks a range of the first child’s Kind and the last child’s Kind.