Dynamic Casting и RTTI

Часть раздела Объектно-ориентированное программирование путешествия по C++ на Coddy. Урок 62 из 104.

Иногда при работе с полиморфизмом необходимо определить фактический тип объекта во время выполнения или безопасно преобразовать указатель на базовый класс в указатель на производный класс. C++ предоставляет RTTI (информация о типе во время выполнения) и dynamic_cast для таких ситуаций.

dynamic_cast безопасно преобразует указатели или ссылки в иерархии наследования. В отличие от static_cast, он выполняет проверку во время выполнения и возвращает nullptr, если преобразование недействительно:

class Animal {
public:
    virtual ~Animal() = default;
};

class Dog : public Animal {
public:
    void bark() { std::cout << "Woof!" << std::endl; }
};

class Cat : public Animal {};

Animal* animal = new Dog();
Dog* dog = dynamic_cast<Dog*>(animal);  // Успешно: возвращает действительный указатель

if (dog) {
    dog->bark();  // Безопасно вызывать метод, специфичный для Dog
}

Cat* cat = dynamic_cast<Cat*>(animal);  // Неудача: возвращает nullptr

Важно: dynamic_cast работает только с полиморфными типами (классами, содержащими хотя бы одну виртуальную функцию). Оператор typeid позволяет запросить фактический тип объекта:

#include <typeinfo>

Animal* pet = new Dog();
std::cout << typeid(*pet).name() << std::endl;  // Выводит информацию о типе для Dog

Хотя dynamic_cast полезен, его частое использование часто указывает на проблему в дизайне. По возможности отдавай предпочтение виртуальным функциям, поскольку они позволяют объекту обрабатывать поведение, специфичное для типа, без явной проверки типа.

Задание

Легко

Давайте создадим систему проверки транспортных средств, которая использует dynamic_cast для безопасного определения и взаимодействия с различными типами транспортных средств. Вы создадите иерархию транспортных средств, в которой инспектору нужно выполнять проверки, специфичные для типа, поддерживаемые только определёнными транспортными средствами.

Вы организуете код в трёх файлах:

Vehicle.h: Define базовый Vehicle class, представляющий любое транспортное средство в системе:
- Защищённый член std::string licensePlate
- constructor, который инициализирует номерной знак
- Виртуальный метод getDescription(), возвращающий "Vehicle: <licensePlate>"
- Виртуальный destructor
Vehicles.h: Define три производных типа транспортных средств:
Car:
- Приватный член int seatCount
- constructor, принимающий номерной знак и количество мест
- Переопределить getDescription(), чтобы он возвращал "Car: <licensePlate>"
- Метод inspectSeatbelts(), который выводит: Inspecting <seatCount> seatbelts in <licensePlate>
Truck:
- Приватный член double cargoCapacity (в тоннах)
- constructor, принимающий номерной знак и грузоподъёмность
- Переопределить getDescription(), чтобы он возвращал "Truck: <licensePlate>"
- Метод inspectCargo(), который выводит: Inspecting cargo area (<cargoCapacity> tons) in <licensePlate>
Motorcycle:
- Приватный член bool hasSidecar
- constructor, принимающий номерной знак и состояние бокового прицепа
- Переопределить getDescription(), чтобы он возвращал "Motorcycle: <licensePlate>"
- Метод inspectHelmetStorage(), который выводит: Inspecting helmet storage in <licensePlate>, если у него есть боковой прицеп, или No helmet storage in <licensePlate>, если его нет
main.cpp: Считать три значения (каждое в отдельной строке):
1. Номерной знак Car
2. Номерной знак Truck
3. Номерной знак Motorcycle
Создать Car с 4 местами, Truck с грузоподъёмностью 10.5 тонны и Motorcycle с боковым прицепом. Сохранить все три объекта в array указателей Vehicle*.

Пройти в цикле по array и для каждого транспортного средства:
1. Вывести его описание с помощью getDescription()
2. Использовать dynamic_cast, чтобы попытаться выполнить приведение к каждому производному типу
3. Если приведение к Car* успешно, вызвать inspectSeatbelts()
4. Если приведение к Truck* успешно, вызвать inspectCargo()
5. Если приведение к Motorcycle* успешно, вызвать inspectHelmetStorage()
Выводить пустую строку между проверками каждого транспортного средства. После завершения удалить динамически выделенные объекты.

Например, при входных данных ABC-123, TRK-456 и MTR-789:

Car: ABC-123
Inspecting 4 seatbelts in ABC-123

Truck: TRK-456
Inspecting cargo area (10.5 tons) in TRK-456

Motorcycle: MTR-789
Inspecting helmet storage in MTR-789

Обратите внимание, что dynamic_cast возвращает действительный указатель только тогда, когда фактический тип объекта совпадает с целевым типом. Для каждого транспортного средства успешно выполнится только одно из трёх приведений, что позволяет безопасно вызвать метод проверки, специфичный для типа. В этом заключается сила RTTI: определение фактического типа во время выполнения и соответствующее действие.

Попробуйте сами

#include <iostream>
#include <string>
#include "Vehicle.h"
#include "Vehicles.h"

using namespace std;

int main() {
    // Считать входные данные
    string carPlate, truckPlate, motorcyclePlate;
    cin >> carPlate;
    cin >> truckPlate;
    cin >> motorcyclePlate;

    // TODO: Создать Car с 4 сиденьями
    // TODO: Создать Truck с грузоподъёмностью 10.5 тонн
    // TODO: Создать Motorcycle с коляской (true)

    // TODO: Сохранить все три в массиве указателей Vehicle*

    // TODO: Пройти по массиву и для каждого транспортного средства:
    //   1. Вывести его описание с помощью getDescription()
    //   2. Использовать dynamic_cast для попытки приведения к каждому производному типу
    //   3. Если приведение к Car* успешно, вызвать inspectSeatbelts()
    //   4. Если приведение к Truck* успешно, вызвать inspectCargo()
    //   5. If cast to Motorcycle* succeeds, call inspectHelmetStorage()
    //   6. Вывести пустую строку между проверками каждого транспортного средства

    // TODO: Очистить динамически выделенные объекты

    return 0;
}