C++怎么使用std::any和std::variant_C++17类型安全容器详解

std::any可存储任意类型，适用于类型未知但需安全访问的场景；std::variant是类型安全的联合体，适用于预定义类型的集合，二者均避免了void*的类型不安全问题。

在C++17中，std::any 和 std::variant 是两个新增的类型安全容器，它们解决了传统 void* 或联合体（union）带来的类型不安全问题。虽然两者都能存储不同类型的数据，但适用场景和设计目标不同。下面详细介绍它们的使用方法与区别。

std::any：任意类型的容器

std::any 可以保存任意单一类型的值，类似于“万能盒子”。它适用于你无法提前知道要存储什么类型，但又需要类型安全的场景。

基本用法：

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• 包含头文件：#include
• 创建 any 对象并赋值：

std::any a = 42;         // 存整数
a = std::string("hello"); // 改为字符串

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访问值的方法：

• 使用 std::any_cast 提取值，注意类型必须匹配，否则抛出 std::bad_any_cast 异常：

try {
   int value = std::any_cast(a);
} catch (const std::bad_any_cast&) {
   // 类型错误处理
}

• 也可以用指针形式避免异常：

if (auto p = std::any_cast(&a)) {
   std::cout << *p;
} else {
   std::cout << "not double";
}

注意事项：

• any 不支持直接比较操作（==, !=）
• 性能开销较大，因为涉及动态内存分配和类型信息存储
• 适合配置、参数传递等灵活性要求高的场景

std::variant：类型受限的多选一容器

std::variant 是一个“类型安全的联合体”，只能保存其模板参数中列出的某一种类型。相比 any 更高效且可控。

基本用法：

• 包含头文件：#include
• 定义可存储的类型列表：

std::variant v;
v = 42;           // ok
v = "hello"s;     // ok
// v = true;      // 编译错误，bool 不在允许列表中

访问 variant 中的值：

• 使用 std::get(v) 或 std::get(v)，类型或索引错误会抛出 std::bad_variant_access
• 更推荐使用 std::visit 进行类型安全的访问：

std::visit([](const auto& val) {
   std::cout << val;
}, v);

visit 会根据当前存储的类型自动调用对应的 lambda 分支，是处理 variant 的最佳实践。

初始化与状态检查：

• 默认构造时，variant 会初始化为其第一个类型的默认值（前提是该类型可默认构造）
• 可用 std::holds_alternative(v) 检查当前是否存的是某种类型：

if (std::holds_alternative(v)) {
   std::cout << "it's a string";
}

any 与 variant 如何选择？

关键在于使用场景：

• 需要存储完全未知的类型，比如插件系统、反射机制、通用容器 —— 用 std::any
• 已知可能的类型集合，比如表达式求值中的 int/double/string，JSON 基本类型 —— 用 std::variant

variant 性能更好，类型更明确，编译期可检查；any 更灵活但运行时开销大。

常见陷阱与建议

• 不要对 any 频繁使用 any_cast，容易出错，建议配合 type info 判断
• variant 中如果某个类型不可默认构造，需显式初始化
• 使用 visit 时，lambda 要能处理所有可能类型，否则编译失败
• 避免嵌套过深的 variant，会影响可读性和性能

基本上就这些。std::any 和 std::variant 让 C++ 在保持类型安全的前提下拥有了更强的泛型能力，合理使用可以替代不少不安全的 void* 或 union 用法。