C++17对STL带来哪些新特性介绍optional variant any用法-C++-PHP中文网

C++17对STL带来哪些新特性介绍optional variant any用法

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发布： 2025-07-25 10:14:02

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c++++17通过引入optional、variant和any增强了stl，使代码更安全、灵活且简洁。1. std::optional用于优雅处理可能缺失的值，避免空指针或无效值错误；2. std::variant提供类型安全的联合体，支持编译时类型检查，替代不安全的union；3. std::any允许运行时存储任意类型，但需自行确保类型安全，使用时应谨慎以避免“类型地狱”。三者各有适用场景：optional适合表示可选值，variant适合多类型安全切换，any适合真正需要动态类型的场合。在项目中应逐步引入这些特性，优先考虑类型安全与性能平衡。

C++17对STL带来哪些新特性介绍optional variant any用法

C++17对STL的增强，核心在于让代码更安全、更灵活，也更简洁。optional解决的是空值问题，variant提供了类型安全的联合体，而any则允许你在运行时存储任何类型的值。它们都旨在减少错误，提高代码的可读性和可维护性。

`std::optional`：优雅地处理可能缺失的值

以前，我们经常用指针或者特定的“无效值”来表示一个值可能不存在。但这容易出错，比如空指针解引用或者忘记检查无效值。std::optional提供了一种更清晰、更安全的方式。

假设你需要一个函数来查找用户ID对应的名字，但用户可能不存在。

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#include <iostream>
#include <optional>
#include <string>
#include <map>

std::optional<std::string> find_name(int user_id) {
  static std::map<int, std::string> users = {
    {123, "Alice"},
    {456, "Bob"}
  };

  if (users.count(user_id)) {
    return users[user_id];
  } else {
    return std::nullopt;
  }
}

int main() {
  auto name = find_name(123);
  if (name) {
    std::cout << "Name: " << *name << std::endl;
  } else {
    std::cout << "User not found" << std::endl;
  }

  name = find_name(789);
  if (name.has_value()) { // 或者 if (name)
    std::cout << "Name: " << *name << std::endl;
  } else {
    std::cout << "User not found" << std::endl;
  }

  return 0;
}

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这段代码比使用裸指针或者特殊字符串来表示“未找到”要清晰得多。optional强制你显式地处理值可能不存在的情况。

`std::variant`：类型安全的联合体

C语言的union类型虽然灵活，但类型不安全。std::variant解决了这个问题。它可以存储多个类型中的一个，但只能同时存储一个，并且在编译时进行类型检查。

比如，你需要一个可以存储整数、浮点数或者字符串的变量：

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#include <iostream>
#include <variant>
#include <string>

int main() {
  std::variant<int, float, std::string> data;

  data = 10;
  std::cout << "Data (int): " << std::get<int>(data) << std::endl;

  data = 3.14f;
  std::cout << "Data (float): " << std::get<float>(data) << std::endl;

  data = "Hello";
  std::cout << "Data (string): " << std::get<std::string>(data) << std::endl;

  // 错误示例：尝试获取错误类型的variant值
  // std::cout << std::get<int>(data) << std::endl; // 会抛出std::bad_variant_access

  // 使用std::visit进行更灵活的处理
  std::visit([](auto& arg){
    using T = std::decay_t<decltype(arg)>;
    if constexpr (std::is_same_v<T, int>){
      std::cout << "int: " << arg << '\n';
    } else if constexpr (std::is_same_v<T, float>){
      std::cout << "float: " << arg << '\n';
    } else if constexpr (std::is_same_v<T, std::string>){
      std::cout << "string: " << arg << '\n';
    }
  }, data);

  return 0;
}

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std::get用于访问variant中存储的值。如果尝试访问错误的类型，会抛出异常。std::visit提供了一种更安全、更灵活的方式来处理variant，它允许你定义一个函数对象来处理不同的类型。

`std::any`：存储任何类型的值，但要小心

std::any可以存储任何类型的值，这听起来很强大，但也意味着你需要自己负责类型安全。

#include <iostream>
#include <any>
#include <string>

int main() {
  std::any data;

  data = 10;
  std::cout << "Data (int): " << std::any_cast<int>(data) << std::endl;

  data = "Hello";
  std::cout << "Data (string): " << std::any_cast<std::string>(data) << std::endl;

  // 错误示例：尝试转换成错误的类型
  try {
    std::cout << std::any_cast<float>(data) << std::endl;
  } catch (const std::bad_any_cast& e) {
    std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;
  }

  // 使用 has_value() 和 type() 进行类型检查
  if (data.has_value()) {
    std::cout << "Data type: " << data.type().name() << std::endl;
  }

  return 0;
}

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std::any_cast用于从any对象中提取值。如果类型不匹配，会抛出std::bad_any_cast异常。 any的优点是灵活性，缺点是类型安全不如variant。