RTTI（アールティーティーアイ）

2025年11月16日

RTTI（アールティーティーアイ）

英語表記: RTTI (Run-Time Type Information)

概要

RTTIとは、プログラムの実行時（ランタイム）に、そのオブジェクトが実際にどのデータ型を持っているかという情報を取得・利用する仕組みのことです。これは、私たちが今扱っているタキソノミの「型のランタイム活用」という考え方を実現するための、非常に重要な技術の一つです。特にC++のような静的型付け言語において、継承関係にあるクラスを扱う際に、実行時の安全性を確保し、柔軟なプログラミングを可能にするために利用されます。

RTTIは、コンパイラがオブジェクトに型に関するメタデータを埋め込むことで機能します。これにより、プログラムは実行中に自身が持つ型情報を「反射/メタデータ」として参照できるようになるのです。

詳細解説

RTTIの目的と背景（型のランタイム活用）

なぜ実行時に型情報が必要になるのでしょうか。私たちが議論している「型システム」において、静的型付け言語（コンパイル時に型が確定する言語）では、通常、コンパイルが完了した時点で型チェックは終了しています。しかし、オブジェクト指向プログラミングでは「ポリモーフィズム（多態性）」が多用されます。

例えば、基底クラス（親クラス）のポインタや参照を使って、派生クラス（子クラス）のオブジェクトを指し示すことがよくあります。この状況では、コンパイル時には基底クラスの型しか見えません。

RTTIの主な目的は、まさにこの実行時に「今、このポインタが指している実体は、本当にあの派生クラスのオブジェクトなのか？」を確認し、安全に型変換（ダウンキャスト）を行うことにあります。これは「型のランタイム活用」の典型例であり、実行時の柔軟性と安全性を両立させるために不可欠な機能です。

動作原理（反射/メタデータ）

RTTIは、私たちが扱っている「反射/メタデータ」という小分類に属します。これは、プログラム自身が自分自身の構造（ここでは型情報）を実行時に調べられる能力を指します。

具体的にRTTIが機能する際、コンパイラはクラス定義を読み込んだ際に、そのクラスに関する詳細な情報（クラス名、継承関係など）をまとめた型情報オブジェクト（Type Information Object）を生成し、実行ファイル内に含めます。この型情報オブジェクトこそが、実行時に参照される「メタデータ」そのものです。

プログラムが実行されると、特定の演算子（C++では主にtypeidやdynamic_cast）を通して、オブジェクトに紐づけられたこのメタデータにアクセスします。

typeid演算子: オブジェクトの実際の型情報を取得するために使用されます。これにより、実行時に型が等しいかどうかを比較できます。
dynamic_cast: 基底クラスのポインタを派生クラスのポインタに安全に変換（ダウンキャスト）するために使用されます。このキャストは、実際のオブジェクトの型情報（RTTI）をチェックし、もし変換が不可能であればヌルポインタを返すなどして、実行時エラーを防ぎます。

このように、RTTIはコンパイラが事前に埋め込んだメタデータを利用することで、実行時の型を「反射」し、適切な処理を判断する仕組みを提供しているのです。これは、静的型付けの厳密さを保ちつつ、動的型付けのような柔軟性を部分的に取り入れるための、非常に巧妙な手法だと私は感じています。

RTTIのトレードオフ

非常に便利なRTTIですが、利用にはトレードオフがあります。型情報オブジェクトというメタデータをプログラムに含める必要があるため、実行ファイルのサイズがわずかに増加します。また、実行時に型チェックを行うオーバーヘッドが発生するため、処理速度が微小ながら低下する可能性があります。このため、組み込みシステムなど、極度にリソースが限られる環境では、RTTIを無効化して利用するケースも存在します。

具体例・活用シーン

1. 安全なダウンキャスト

RTTIの最も一般的な活用シーンは、ポリモーフィズム環境下での安全なダウンキャストです。

例えば、動物を扱うプログラムを考えてみましょう。Animal（動物）という基底クラスがあり、Dog（犬）とCat（猫）という派生クラスがあるとします。

Animal* animal = new Dog(); // 基底クラスのポインタが派生クラスを指している

このanimalポインタが本当にDogであるかどうかを実行時に確認し、Dogクラス特有のメソッド（例: 吠える）を呼び出したい場合、RTTI（具体的にはdynamic_cast）を使用します。

RTTIがなければ、プログラマは「たぶんDogだろう」と決めつけて強制的にキャスト（静的キャスト）するしかなく、もし実際にはCatだった場合に深刻な実行時エラー（未定義動作）を引き起こす可能性があります。

dynamic_castを使えば、もしキャストが成功しなければ処理をスキップしたり、別のエラーハンドリングを行ったりできるため、プログラムの堅牢性が飛躍的に向上します。これはまさに「型のランタイム活用」の醍醐味です。

2. 荷物仕分けセンターのアナロジー

RTTIの働きを初心者の方に理解していただくために、「高度な自動仕分けセンター」を想像してみましょう。

【物語】
ある巨大な配送センターに、様々な種類の荷物（オブジェクト）が届きます。これらの荷物はすべて「パッケージ（基底クラス）」という共通のラベル（ポインタ）が貼られていますが、中身（実際の型）は「生鮮食品（派生クラスA）」や「精密機器（派生クラスB）」など、多岐にわたります。

静的型付け（コンパイル時）: 配送センターの受付係は、すべての荷物を一律に「パッケージ」としてしか認識できません。「仕分け前に中身をチェックして！」と頼んでも、「それは私の仕事じゃありません」と言われてしまいます。
RTTIの導入（ランタイム活用）: そこで、センターは「実行時内容確認システム（RTTI）」を導入しました。このシステムは、荷物がベルトコンベア（実行環境）に乗せられた瞬間、荷物に貼られている隠されたメタデータ（型情報オブジェクト）をスキャンします。
動的な判断: システムはメタデータを読み取り、「これは生鮮食品だ！」と確認できた場合（dynamic_cast成功）、安全に生鮮食品専用の冷蔵エリア（派生クラス特有の処理）へ振り分けます。もしメタデータが「精密機器」を示していたら、生鮮食品エリアには送らず、エラーを避けるか、別の適切な仕分けをします。

この「実行時内容確認システム」こそがRTTIです。これにより、配送センター（プログラム）は、コンパイル時には知り得なかった荷物（オブジェクト）の真の性質を実行時に活用し、安全かつ正確な処理を行うことができるのです。

資格試験向けチェックポイント

IT資格試験、特に基本情報技術者試験や応用情報技術者試験において、RTTIという用語そのものが直接問われることは稀ですが、その根底にある概念（実行時の型情報、反射、メタデータ）は、オブジェクト指向やプログラミング言語の設計原理として出題される可能性があります。

1. 概念理解の重要性

「実行時」の概念: RTTIは、プログラムの「実行時」に動作する仕組みであることを必ず覚えておきましょう。コンパイル時に型が固定される静的型付け言語において、動的な柔軟性をもたらす技術として理解することが重要です。
ポリモーフィズムとの関連: RTTIは、オブジェクト指向における多態性（ポリモーフィズム）を安全に扱うために不可欠な機能として捉えてください。特に、基底クラスから派生クラスへの安全な型変換（ダウンキャスト）を実現する手段である、という点がポイントです。

2. 反射（リフレクション）との関係

上位概念として理解する: RTTIは、JavaやC#などで一般的に「リフレクション（反射）」と呼ばれる機能の一部、またはその基盤となる技術として位置づけられます。試験で「リフレクション」という用語が出た場合、「実行時にプログラム自身が持つ構造（型情報、メソッド情報など）を取得・操作する機能」であると理解し、RTTIはその型情報に特化した機能であると関連づけておくと役立ちます。

3. メタデータ活用の視点

メタデータの役割: RTTIが機能するためには、コンパイラがあらかじめ「型情報」というメタデータを実行ファイルに埋め込む必要があります。試験対策としては、「実行時に利用可能な情報（メタデータ）を事前に用意しておく」という設計思想を理解しておくと、応用的な問題にも対応しやすくなります。

4. タキソノミに基づく整理（重要）

この概念は、型システムの枠組みの中で、「型のランタイム活用」を可能にし、その具体的な手段として「反射/メタデータ」を利用している、という流れを頭の中で整理することが、応用情報技術者試験レベルの深い理解につながります。RTTIは、静的型付けの厳格さと動的型付けの柔軟性を橋渡しする役割を担っている、と認識してください。