[发明专利]一种高效的动态类型转换的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于程序编译技术领域，具体涉及C++语言中的动态类型转换的一种高效的实现方式，可用于编译器等设备中，用于产生高效的可执行程序，提升程序的运行时性能。

背景技术

编译是利用编译程序(即编译器)将源语言(如C++等)编写的源程序翻译转换为目标程序(即可以在机器上直接执行的二进制程序)的过程，它是现代软件开发的最重要基石之

C++语言通过提供运行时类型信息(RTTI)来实现其它动态语言(如JavaScript、Python等)提供的动态类型特性，它允许一个变量在执行过程中被解释为多种类型。C++程序变量通过在运行时查找RTTI信息来获知自身的类型信息，验证是否能够被解释为目标类型，从而确保其类型安全。具体实现这一功能的是动态类型转换dynamic_cast操作符。

C++的类型包括基本类型和自定义的类(即class)，动态类型转换通常是类之间的转换。C++语言中类之间的关系包括公有public、保护protected和私有private三种继承关系，另外还有一种独立的virtual虚继承关系。如果类A直接继承自类B(记作A＜B，或者B＞A)，则称B是类A的直接父类；对于类A和B，如果存在A到B的一个继承链A＜C1＜...＜Cn＜B(或者称作B到A的一个派生链B＞Cn＞...＞C1＞A)，则称B为A的父类(记作A＜＜B或B＞＞A)，称A是B的子类，特别地，A的直接父类也是A的父类。

在编译后的二进制程序中，同一个类的每个实例(即对象)都具有相同的内存布局。通常，每个类的对象都是由该类自有的数据成员，以及其直接父类对应的子对象构成。另外，虚继承在对象的内存布局中比较特殊。对于类A而言，如果有两个父类C和D都是直接虚继承自类B，则在A对象中只有一个B子对象，且同时被C和D子对象包含。换言之，如果A到其父类B存在n条非虚继承链和m(m＞0)条虚继承链，则A对象中存在n+1个B子对象，其中1个B子对象被所有m条虚继承链上的子对象包含，其余每个B子对象都分别对应于一条非虚继承链。

对于任何一个类Complete而言，及其任何一个Source类子对象，Source到Complete存在若干派生链。对其中每个派生链Source＞B1＞...＞Bn＞Complete，截取从Source开始的最长公有继承，构成一个派生链Source＞B1＞...＞Bk(即该链上都是公有派生，但Bk＞Bk+1不是公有派生)，称该截取的派生链为该Source子对象在Complete中的一个公有派生链。

Dynamic_cast操作符的具体使用方式是dynamic_cast<TargetType>(src)，其中TargetType是类的指针、类的引用或者void*。当TargetType是类的指针时，src必须是一个对象的指针，返回的也是某个对象的指针；当TargetType是类的引用时，src必须是一个对象的引用，返回某个对象的引用。

对于dynamic_cast而言，TargetType是类的指针或者类的引用，其转换规则都是类似的，只有在运行时的类型检查失败后返回值上有些差异。如果TargetType是类的引用，dynamic_cast失败时会抛出一个异常；如果TargetType是类的指针，dynamic_cast失败时返回NULL空指针。因而，为了叙述方便，本发明中假定TargetType是类的指针这种形式，而对于类的引用，本发明的实施方式仍然适用。

即假设我们考察的dynamic_cast操作具有形式：dynamic_cast<Target*>(src)，其中，src是指向一个Source类型的对象的指针。同时，假定src对象的最大派生对象是cmplt(即src对象包含于cmplt对象中，但是没有其他对象包含cmplt)，且cmplt的类型是Complete。

动态类型转换成功与否，依赖于源对象src的类型Source、目标类型Target、以及源对象src的最大派生对象cmplt的类型Complete这三个类型(即class)之间的关系。根据C++标准(参见The C++Standard，ISO/IEC 14882：2003)的规定，动态类型转换的规则如下：

1.如果Source与Target相同，则直接返回源对象src；

2.如果源对象src是空指针NULL，则返回NULL；