C++(24): C++17探索：std::variant的使用

码农世界 2024-05-30 前端 99 次浏览 0个评论

1. 简述

std::variant是C++标准库中的一个模板类，它允许我们在一种类型安全的方式下存储多种类型的值。它的行为类似于C语言中的联合体（union），但提供了更多的类型安全性和功能。与C语言的联合体不同，std::variant跟踪其当前持有的类型，并确保在使用时不会出现未定义的行为。

std::variant能够存储多种不同类型的值，这区别于其他单类型的变量类型。但是需要注意，std::variant在任何时刻智能存储一种类型。也就是说，std::variant能够存储一组预定义类型中的一个值的数据结构。

2. std::variant的特性

（1）类型安全性：在编译时就能够检查使用的类型是否与已定义的类型匹配，避免了运行时的错误。

（2）无需动态内存分配：std::variant在编译时已经知道可能存储的类型，因此不需要动态内存分配，避免了额外的性能开销。

（3）支持访问器：可以通过std::get函数或者std::visit来访问std::variant中的值，这使得对于不同类型的操作变得更加灵活。

（4）异常安全性：与传统的联合体不同，std::variant保证了异常安全性，即在异常发生时不会泄漏资源。

3. 定义std::variant

#include 
#include 
int main(int argc, char* argv[])
{
    std::variant var; ///< 定义一个联合体，能够存储int、double以及std::string类的数据
    var = 10; ///< 存储一个int
    std::cout << std::get(var) << std::endl; // 输出：10
    return 0;
}

存储不同类型的值。

v = 10; ///< 存储int类型的值
v = 3.14; ///< 存储double类型的值
v = "hello"; ///< 存储std::string类型的值

访问不同类型的值。

std::cout << std::get(v) << std::endl; ///< 访问int类型的值
std::cout << std::get(v) << std::endl; ///< 访问double类型的值
std::cout << std::get(v) << std::endl; ///< 访问std::string类型的值

4. 处理多类型访问

上面一小节我们已经看到，可以通过get来访问std::variant中存储的不同类型数据。使用get访问数据比较简单，但也有局限，我们在访问之前需要确切的知道当前std::variant中存储的数据类型。

那么我们如何能够定义一种访问方式，无需提前知道类型呢？那就是用std::visit。

std::variant var = "Hello";
/** 使用std::visit处理不同类型. */
std::visit([](auto&& arg) {
    using T = std::decay_t;
    if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "Integer: " << arg << std::endl;
    } else if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "Double: " << arg << std::endl;
    } else if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "String: " << arg << std::endl;
    }
}, var);

上述例程演示了通过std::visit编写一个兼容不同类型的访问器。std::is_save_v用来判断类型是否相同。

5. 类型索引

前面讲到，std::variant可以存储不同类型的数据，这需要我们在定义的时候指定。std::variant提供了一个index接口，用于获得当前类型在定义时的索引值。

如下程序所示，我们通过index接口获得当前存储的数据类型在定义时的索引。

#include 
#include 
#include 
int main(int argc, char* argv[])
{
    std::variant v;
   
    v = 10; ///< 存储int类型的值
    std::cout << "Index: " << v.index() << std::endl; ///< 索引输出 1
    v = 3.14; ///< 存储double类型的值
    std::cout << "Index: " << v.index() << std::endl; ///< 索引输出 0
    v = "Hello"; ///< 存储std::string类型的值
    std::cout << "Index: " << v.index() << std::endl; ///< 索引输出 2
    return 0;
}