C++でJavaのinstanceof相当の処理を実現する方法

C++には、あるオブジェクトが特定のクラス型のインスタンスであるかどうかを直接判定する組み込みの仕組みがありません。Javaであればinstanceof演算子を使うだけで簡単に確認できますが、C++では別のアプローチが必要です。

C++11にはstd::is_base_of<Base, T>という型トレイトが用意されています。これは指定したクラスが別のクラスの基底クラスであるかどうかをコンパイル時にチェックするものです。しかし、これはあくまで型同士の継承関係を調べるだけで、実行時に渡されたオブジェクトの実際の型までは検証できません。

dynamic_castを使ったinstanceofの実現

Javaのinstanceofに最も近い動作を実現するには、dynamic_cast<new-type>(expression)を使用します。dynamic_castは、与えられたポインタや参照を指定した型への変換を試みます。変換が成功すればその型のポインタが返され、失敗した場合はヌルポインタ（nullptr）が返されます。この結果を利用することで、オブジェクトが目的のクラス（またはその派生クラス）のインスタンスかどうかを実行時に判定できます。

なお、dynamic_castが使えるのは以下の条件を満たす場合のみです。

• 対象のクラスがポリモーフィック（少なくとも1つの仮想関数を持つ）であること
• コンパイラのRTTI（実行時型情報）が有効になっていること

仮想デストラクタを持たないクラスなど、ポリモーフィックでない型に対してはコンパイルエラーになるため注意が必要です。

サンプルコード

#include <iostream>
using namespace std;

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

class Parent {
    public:
    virtual ~Parent() {}
    virtual void foo () { std::cout << "Parent\n"; }
};

class Child : public Parent {
    public:
    virtual void foo() { std::cout << "Child\n"; }
};

class AnotherClass{};

int main() {

    Parent p;
    Child c;
    AnotherClass a;

    Parent *ptr1 = &p;
    Child *ptr2 = &c;
    AnotherClass *ptr3 = &a;

    if(instanceof<Parent>(ptr1)) {
        cout << "p is an instance of the class Parent" << endl;
    } else {
        cout << "p is not an instance of the class Parent" << endl;
    }

    if(instanceof<Parent>(ptr2)) {
        cout << "c is an instance of the class Parent" << endl;
    } else {
        cout << "c is not an instance of the class Parent" << endl;
    }

    if(instanceof<Child>(ptr2)) {
        cout << "c is an instance of the class Child" << endl;
    } else {
        cout << "c is not an instance of the class Child" << endl;
    }

    if(instanceof<Child>(ptr1)) {
        cout << "p is an instance of the class Child" << endl;
    } else {
        cout << "p is not an instance of the class Child" << endl;
    }

    if(instanceof<AnotherClass>(ptr2)) {
        cout << "c is an instance of AnotherClass class" << endl;
    } else {
        cout << "c is not an instance of AnotherClass class" << endl;
    }
}

実行結果

p is an instance of the class Parent
c is an instance of the class Parent
c is an instance of the class Child
p is not an instance of the class Child
c is not an instance of AnotherClass class

コードのポイント

このサンプルでは、テンプレート関数instanceofを定義することで、Javaのような自然な記述を可能にしています。内部ではdynamic_castの結果がnullptrかどうかを返しているだけです。

注目すべき挙動は次の通りです。

• ChildはParentを継承しているため、ChildのポインタはParentのインスタンスとして判定されます。
• 逆に、ParentのポインタをChildとして判定すると失敗します。実際のオブジェクトがChildでないためです。
• 継承関係にないAnotherClassとの判定も失敗します。

このように、dynamic_castベースのinstanceofは「実際のオブジェクトの型」に基づいて正確に判定できるのが大きな特徴です。ただし、頻繁な型チェックは設計上の問題を示唆していることも多いため、仮想関数によるポリモーフィズムで解決できないかを先に検討するのが望ましいでしょう。