C++のRTTI（実行時型情報）とは？dynamic_castの使い方を解説

RTTI（実行時型情報）とは

この記事では、C++におけるRTTI（Runtime Type Information：実行時型情報）について詳しく解説します。RTTIとは、プログラムの実行時にオブジェクトのデータ型に関する情報を取得・判定できる仕組みのことです。これにより、実行中のプログラム内でオブジェクトの実際の型を動的に判別することが可能になります。

ただし、この機能が有効になるのは、クラスに少なくとも1つの仮想関数（virtual関数）が定義されている場合のみです。つまり、RTTIは多態性（ポリモーフィズム）を持つクラスに対してのみ利用できます。

仮想関数がない場合の例

次のサンプルコードは、仮想関数を持たないため正しく動作しません。コンパイル時に「cannot dynamic_cast base_ptr (of type Base*) to type 'class Derived*' (Source type is not polymorphic)」のようなエラーが発生します。

サンプルコード

#include<iostream>
using namespace std;
class Base { };
class Derived: public Base {};
int main() {
   Base *base_ptr = new Derived;
   Derived *derived_ptr = dynamic_cast<Derived*>(base_ptr);
   if(derived_ptr != NULL)
      cout<<"It is working";
   else
      cout<<"cannot cast Base* to Derived*";
   return 0;
}

このエラーは、Baseクラスに仮想関数が存在しないことが原因です。dynamic_castはポリモーフィックな型（仮想関数を持つ型）にしか使用できないため、このような制限が発生します。

仮想関数を追加した場合の例

次に、Baseクラスに仮想関数を追加してみましょう。すると、同じコードでも正常に動作するようになります。

サンプルコード

#include<iostream>
using namespace std;
class Base {
   virtual void function() {
      //空の関数
   }
};
class Derived: public Base {};
int main() {
   Base *base_ptr = new Derived;
   Derived *derived_ptr = dynamic_cast<Derived*>(base_ptr);
   if(derived_ptr != NULL)
      cout<<"It is working";
   else
      cout<<"cannot cast Base* to Derived*";
   return 0;
}

実行結果

It is working

補足：RTTIに関連する主な機能

C++のRTTIには、主に以下の2つの機能が含まれています。

• dynamic_cast演算子：基底クラスのポインタや参照を、安全に派生クラスの型へダウンキャストします。変換に失敗した場合、ポインタではnullptrが返され、参照ではstd::bad_cast例外がスローされます。
• typeid演算子：オブジェクトの実際の型情報をtype_infoオブジェクトとして取得でき、実行時の型比較に利用できます。

なお、RTTIを使用すると実行時の型チェックに伴うわずかなオーバーヘッドが発生するため、パフォーマンスが重視される場面ではコンパイラオプションで無効化されることもあります。設計の際には、その点も考慮しておくとよいでしょう。