LLVM’s RTTI Replacement

LLVM 禁止使用 C++ native RTTI，主要是嫌弃 native RTTI 的 performance，并不是说 LLVM 不需要 RTTI 这个 feature。我们可以说 LLVM 自己实现了一套新的 RTTI (以下称 LLVM-style RTTI)，它有:

• llvm::isa<>: something like Java instanceof
• llvm::cast<>: if it fails, it will abort the program. Use it only when you’re super confident about the casting
  • llvm::cast_if_present: a variant of llvm::cast<>, but accepts nullptr
• llvm::dyn_cast<>: something like dynamic_cast
  • llvm::dyn_cast_if_present: a variant of llvm::dyn_cast<>, but accepts nullptr

我们通过 llvm::isa<> 来探查一下 LLVM-style RTTI 到底是怎么实现的，它的设计如下：

class Animal {  // 基类
public:
    enum AnimalKind { AK_Horse, AK_Sheep }

public:
    Animal(AnimalKind ak) : kind(ak) {};
    AnimalKind getKind() const { return kind; }

private:
    const AnimalKind kind;
};

class Horse : public Animal {  // 子类 #1
public:
    Horse() : Animal(AK_Horse) {};
    static bool classof(const Animal *a) { return a->getKind() == AK_Horse; }
};

class Sheep : public Animal {  // 子类 #2
public:
    Sheep() : Animal(AK_Sheep) {}
    static bool classof(const Animal *a) { return a->getKind() == AK_Sheep; }
}

template <typename To, typename From>
bool isa(const From *from) {
    // `isa<To>(From *from)` checks if `from` is of class `To`
    // works like `from instanceof To`
    return To::classof(from);
}

auto animal_ptr = std::make_unique<Horse>();
isa<Horse>(animal_ptr);  // return true
isa<Sheep>(animal_ptr);  // return false

这个设计的优点：

• 使用了 class tags (i.e. enum AnimalKind) 来判断 instaceof，性能上比 traversal through inheritance hierarchy 要好
  • 这个性能上的优势在 inheritance hierarchy 很深的时候尤其明显，在例子中这个很浅的 hierarchy 中可能不显著

缺点也是有的：

• 严格的 protocol：
  • 所有的基类都要定义 class tags 全集
  • 每个子类都要有一个 class tag
  • 每个子类都要实现 classof
• classof 中 a->getKind() 这句只能 dynamic binding，performance 上算是一点 overhead
• 可读性欠佳：
  • isa 那个 template 还是有点绕
  • 名字也不如 instanceof 好懂

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参考：

1. Section 4.3.1 RTTI replacement and cast operators, Clang Compiler Frontend by Ivan Murashko
2. How to set up LLVM-style RTTI for your class hierarchy