没有运行时类型信息的 std::any，它是如何工作的？

Question

没有运行时类型信息的 std::any，它是如何工作的？

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如果我想要使用 std::any，我可以在关闭RTTI的情况下使用它。下面的示例在使用gcc时也可正常编译并运行 -fno-rtti。

int main()
{   
    std::any x;
    x=9.9;
    std::cout << std::any_cast<double>(x) << std::endl;
}

但是，std::any 是如何存储类型信息的呢？我的观察是，如果我使用“错误”的类型调用 std::any_cast，就会像预期的那样抛出 std::bad_any_cast 异常。

这是如何实现的，还是说这只是 gcc 的特性？

我发现 boost::any 也不需要运行时类型识别(RTTI)，但我也找不到解决方法。请参考 Does boost::any need RTTI?。

深入研究 STL 头文件本身并没有给我答案。对我来说，那段代码几乎无法阅读。

- Klaus

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Boost有自己的typeinfo来替代RTTI，这就是为什么boost::any不需要它的原因。一般来说，我没有看到其他可能性，除了实现自己的typeinfo，而这个typeinfo不依赖于RTTI。 - bartop

any 有一个 type() 方法，返回一个 type_info，它真的可以在没有 RTTI 的情况下运行吗？ - bipll

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@bipll：不，如果关闭了RTTI，确切地说就是该函数被关闭了。因此，在底层，有一些东西可以生成类似于typeid的信息。但这似乎是实现的黑暗面;) - Klaus

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请找到以下 Boost type_info 的源代码： https://github.com/boostorg/core/blob/develop/include/boost/core/typeinfo.hpp 祝愉快 :) - Richard Hodges

3个回答

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手动实现有限的运行时类型信息（RTTI）并不难。您需要静态泛型函数。这是我可以在不提供完整实现的情况下说的。以下是一种可能性：

class meta{
    static auto id(){
        static std::atomic<std::size_t> nextid{};
        return ++nextid;//globally unique
    };
    std::size_t mid=0;//per instance type id
public:
    template<typename T>
    meta(T&&){
        static const std::size_t tid{id()};//classwide unique
        mid=tid;
    };
    meta(meta const&)=default;
    meta(meta&&)=default;
    meta():mid{}{};
    template<typename T>
    auto is_a(T&& obj){return mid==meta{obj}.mid;};
};

这是我的第一个观察结果，远非理想，缺少许多细节。有人可以将一个meta实例作为他所假设的std::any实现的非静态数据成员之一。

- Red.Wave

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问题是：“这是如何实现的，还是这只是gcc的一个特性？” 仅仅说它可以做到并不是一个答案，而且由于提供的代码可以编译和工作，所以这一点是非常清楚的！ - Klaus

我提到了如何使用静态泛型函数，但细节决定成败。可以嵌入大量元数据，并且有多种实现方式可供选择。很难从众多可能性中选择一个答案。提问者能承受这么多吗？ - Red.Wave

2

为什么这个回答得到了-5的评分，而另一个表达方式似乎更加模糊、不太线程安全的回答却得到了+3的评分呢？ - underscore_d

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@underscore_d，感谢您的关注。最初我错过了这个片段，因为我不想添加它。当时它是-3分，本应该停在那里。但这就是社交雪崩效应，人们只是互相跟随。我已经在评论中指出了更好的答案：被接受的答案。而且我并不真的在意得票数。请阅读霍尔特的回答。 - Red.Wave

2

我点了赞。这是一个很好的技术背景。这个答案因为没有好的理由被鲁莽地投了反对票。 - Xofo

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可能的解决方案之一是为每个可能存储在any中的类型生成唯一标识符（我假设您大致了解any的内部工作原理）。可以执行此操作的代码可能如下所示：

struct id_gen{
    static int &i(){
        static int i = 0;
        return i;
    }

    template<class T>
    struct gen{
        static int id() {
            static int id = i()++;
            return id;
        }
    };    
};

实现此功能后，您可以使用类型的ID而不是RTTI typeinfo快速检查类型。

请注意函数内部和静态函数中静态变量的用法。这样做是为了避免静态变量初始化顺序未定义的问题。

- bartop

我认为你需要将 ig_gen::i 的初始化放入自己的编译单元中。 - Richard Hodges

@RichardHodges 我真的不确定，也许你是对的。无论如何，正如这个概念验证所示，没有运行时类型信息也是可能的。请随意编辑我的回答。 - bartop

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请参阅静态初始化顺序问题。 - T.C.

@T.C. 这不是确切的静态初始化顺序混乱情况，但无论如何您是正确的，静态初始化的顺序是未定义的。我改变了答案。 - bartop

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Holt · Accepted Answer

TL;DR; std::any 持有一个指向模板类的静态成员函数的指针。这个函数可以执行许多操作，并且特定于给定类型，因为函数的实际实例取决于类的模板参数。

在libstdc++中实现std::any并不是很复杂，你可以看一下：

https://github.com/gcc-mirror/gcc/blob/master/libstdc%2B%2B-v3/include/std/any

基本上，{{std::any}}保持两个东西：

（动态）分配存储的指针；
指向“存储管理函数”的指针：

void (*_M_manager)(_Op, const any*, _Arg*);

当您使用类型为T的对象构造或分配新的std::any时，_M_manager指向特定于类型T的函数（实际上是特定于T的类的静态成员函数）：

template <typename _ValueType, 
          typename _Tp = _Decay<_ValueType>,
          typename _Mgr = _Manager<_Tp>, // <-- Class specific to T.
          __any_constructible_t<_Tp, _ValueType&&> = true,
          enable_if_t<!__is_in_place_type<_Tp>::value, bool> = true>
any(_ValueType&& __value)
  : _M_manager(&_Mgr::_S_manage) { /* ... */ }

由于此函数特定于给定类型，因此您不需要RTTI执行std::any所需的操作。

此外，在std::any_cast内轻松检查是否将其转换为正确的类型。以下是std::any_cast的gcc实现核心：

template<typename _Tp>
void* __any_caster(const any* __any) {
    if constexpr (is_copy_constructible_v<decay_t<_Tp>>) {
        if (__any->_M_manager == &any::_Manager<decay_t<_Tp>>::_S_manage) {
            any::_Arg __arg;
            __any->_M_manager(any::_Op_access, __any, &__arg);
            return __arg._M_obj;
        }
    }
    return nullptr;
}

你可以看到这只是一个等式检查，检查的是你要转换的对象里存储的函数 (_any->_M_manager) 和你想要转换的类型的管理函数 (&any::_Manager<decay_t<_Tp>>::_S_manage) 是否相等。

类 _Manager<_Tp> 实际上是别名，根据 _Tp 的不同，它可以是 _Manager_internal<_Tp> 或 _Manager_external<_Tp>。该类还用于为 std::any 类分配/构造对象。