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C++如何使用std::variant实现多类型安全存储

P粉602998670

发布： 2025-09-02 09:34:02

原创

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std::variant是C++17提供的类型安全多类型存储方案，相比union和基类指针，它在编译期确定所有可能类型，避免运行时类型错误。它通过std::get、std::holds_alternative和std::visit等机制实现安全访问，其中std::visit结合lambda可优雅处理多类型逻辑，避免if-else链。与union相比，std::variant支持复杂类型且无未定义行为；与基类指针相比，它无虚函数开销、无需堆分配，性能更高。实际使用中需注意默认构造问题，若首类型无默认构造函数，应将std::monostate置于首位以确保可构造性。

c++如何使用std::variant实现多类型安全存储

说起C++里多类型存储，很多老手可能首先想到

union

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或者基类指针。但这些都有各自的坑。

std::variant

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就是C++17给我们的一个优雅答案，它能让你在一个变量里装好几种不同类型的数据，而且还保证类型安全，避免了那些运行时才能发现的错误。简单来说，它就像一个“智能盒子”，你知道里面可能装了什么，每次拿出来的时候也能确定拿出来的是哪个类型，绝不会搞混。

解决方案

刚接触

std::variant

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，你会发现它的声明有点像

std::tuple

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，只是它只能同时持有一个值。比如，

std::variant<int, double, std::string> myValue;

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这样就声明了一个可以存

int

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、

double

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或

std::string

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的变量。默认情况下，它会用第一个类型（这里是

int

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）来构造。你可以直接赋值来改变它存储的类型和值，比如

myValue = 42;

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或者

myValue = 3.14;

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再或者

myValue = "Hello, Variant!";

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那么怎么把值取出来呢？这是关键。

std::get

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是常用的方法，你可以通过类型或者索引来取。

std::get<int>(myValue)

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或者

std::get<0>(myValue)

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。但这里有个坑：如果你当前存的是

double

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，却想用

std::get<int>

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去取，程序就会抛出

std::bad_variant_access

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异常。这就比

union

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安全多了，至少你能在运行时捕获到这个错误，而不是拿到一堆乱码。

为了避免这种异常，你可以先用

std::holds_alternative<int>(myValue)

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来检查当前是不是存的

int

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。不过，更优雅、更现代C++的做法是使用

std::visit

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。

std::visit

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接受一个可调用对象（比如lambda表达式或者函数对象）和你的

variant

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对象，它会根据

variant

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当前存储的类型，调用对应的重载函数。这简直是处理多类型逻辑的神器，省去了大量的

if-else if

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链。

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看个简单的

std::visit

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例子：

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

// 定义一个可以存储int, double, std::string的variant
using MyVariant = std::variant<int, double, std::string>;

// 定义一个访问器，可以是函数对象
struct MyVisitor {
    void operator()(int i) const {
        std::cout << "当前存储的是整数: " << i << std::endl;
    }
    void operator()(double d) const {
        std::cout << "当前存储的是浮点数: " << d << std::endl;
    }
    void operator()(const std::string& s) const {
        std::cout << "当前存储的是字符串: " << s << std::endl;
    }
};

int main() {
    MyVariant var; // 默认构造为第一个类型，即int，值为0

    var = 123;
    std::visit(MyVisitor{}, var); // 输出：当前存储的是整数: 123

    var = 4.56;
    std::visit(MyVisitor{}, var); // 输出：当前存储的是浮点数: 4.56

    var = "Hello, C++17!";
    std::visit(MyVisitor{}, var); // 输出：当前存储的是字符串: Hello, C++17!

    // 尝试错误地使用std::get
    try {
        std::cout << "尝试获取int: " << std::get<int>(var) << std::endl;
    } catch (const std::bad_variant_access& e) {
        std::cerr << "错误: " << e.what() << std::endl; // 输出错误信息
    }

    // 安全地使用std::get_if
    if (const std::string* s_ptr = std::get_if<std::string>(&var)) {
        std::cout << "安全获取字符串: " << *s_ptr << std::endl;
    }

    return 0;
}

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这段代码展示了