没有 RTTI 的 std::any，它是如何工作的？

Question

如果我想使用std::any，我可以在关闭 RTTI 的情况下使用它。以下示例也可以使用-fno-rtti 和 gcc 按预期编译和运行。

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？如我所见，如果我使用“错误”类型调用std::any_cast，我会得到std::bad_any_cast 的预期异常。

这是如何实现的，或者这可能只是一个 gcc 功能？

我发现boost::any 也不需要 RTTI，但我也发现不是如何解决的。 Does boost::any need RTTI?.

深入研究 STL 标头本身并没有给我答案。该代码对我来说几乎无法阅读。

Answer 1

TL;DR; std::any 持有一个指向模板类的静态成员函数的指针。该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。

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std::any在libstdc++中的实现并不复杂，大家可以看看：

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

基本上，std::any 包含两件事：

• 指向（动态）分配存储的指针；
• 指向“存储管理器函数”的指针：

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

当您使用T 类型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（它实际上是特定于@987654332 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 来执行std::any 所需的操作。

此外，很容易检查您在std::any_cast 中的类型是否正确。这里是std::any_cast的gcc实现的核心：

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;
}

您可以看到，它只是您尝试转换的对象内的存储函数 (_any->_M_manager) 和您要转换为的类型的管理器函数 (&any::_Manager<decay_t<_Tp>>::_S_manage) 之间的相等性检查。

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_Manager<_Tp> 类实际上是_Manager_internal<_Tp> 或_Manager_external<_Tp> 的别名，具体取决于_Tp。 该类还用于为std::any 类分配/构造对象。

Answer 2

一种可能的解决方案是为可能存储在any 中的每种类型生成唯一的 id（我假设您更了解any 内部的工作原理）。可以做到这一点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;
        }
    };    
};

有了这个实现，你可以使用类型的 id 而不是 RTTI typeinfo 来快速检查类型。

注意函数和静态函数中静态变量的使用。这样做是为了避免静态变量初始化顺序未定义的问题。

Answer 3

有限 RTTI 的手动实现并不难。您将需要静态通用函数。在不提供完整实现的情况下，我可以说这么多。 这是一种可能性：

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；远非理想，缺少许多细节。可以使用meta 的一个实例作为他假定的std::any 实现的非静态数据成员。