C++如何使用std::variant实现状态机？（代码示例）-C++-PHP中文网

C++如何使用std::variant实现状态机？（代码示例）

尼克

发布： 2025-12-23 16:24:34

原创

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用std::variant实现状态机的核心思路是将各状态建模为独立轻量类型（如空结构体或含数据的小结构），用variant持有当前状态，并通过std::visit分发处理逻辑，实现类型安全、无虚函数、无动态分配的状态机。

c++如何使用std::variant实现状态机？（代码示例）

用 std::variant 实现状态机，核心思路是把每个状态建模为一个独立的、无状态的类型（如空结构体或带数据的小结构），再用 std::variant 持有当前状态。配合 std::visit 分发处理逻辑，能写出类型安全、无虚函数、无动态分配的状态机。

定义状态类型

每个状态用一个轻量级类型表示，推荐使用空结构体（语义清晰）或含必要数据的结构体（如等待超时时间、缓存值等）：

struct Idle {};
struct Connecting { std::string host; int port; };
struct Connected { int socket_fd; };
struct Error { std::string message; };

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然后组合成 variant：

using State = std::variant<Idle, Connecting, Connected, Error>;

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封装状态机类

将 State 封装在类中，并提供状态转换与行为分发接口：

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class NetworkStateMachine {
private:
    State state_ = Idle{};
<p>public:
void connect(const std::string& host, int port) {
std::visit(overloaded{
<a href="https://www.php.cn/link/b0c01f1f6d5e54fbd6a1bfff163acb60">&</a> { state<em> = Connecting{host, port}; },
<a href="https://www.php.cn/link/cc11d15b3f413bf76897f2b8cff222fa">&</a> { /<em> 忽略重复调用 </em>/ },
<a href="https://www.php.cn/link/1e60bf71283dac0b8777b83250813e56">&</a> { /<em> 已连接，可选择断开再连 </em>/ },
[&](Error&& e) { state</em> = Connecting{host, port}; } // 重试
}, state_);
}</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">void on_connected(int fd) {
    std::visit(overloaded{
        [&](https://www.php.cn/link/cc11d15b3f413bf76897f2b8cff222fa c) { state_ = Connected{fd}; },
        [&](auto&&) { /* 其他状态不响应 */ }
    }, state_);
}

void on_error(std::string msg) {
    std::visit(overloaded{
        [&](https://www.php.cn/link/cc11d15b3f413bf76897f2b8cff222fa c) { state_ = Error{std::move(msg)}; },
        [&](https://www.php.cn/link/1e60bf71283dac0b8777b83250813e56 c) { state_ = Error{std::move(msg)}; },
        [&](auto&&) { /* Idle 或 Error 不变 */ }
    }, state_);
}

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};

其中 overloaded 是常见辅助工具（C++17 起可直接用 lambda 重载）：

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template<class... Ts> struct overloaded : Ts... { using Ts::operator()...; };
template<class... Ts> overloaded(Ts...)-> overloaded<Ts...>;

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统一处理当前状态行为

用 std::visit 驱动状态相关动作，例如定时器检查、日志输出或事件派发：

void tick() {
    std::visit(overloaded{
        [](Idle&) { std::cout << "Idle: waiting for command\n"; },
        [](Connecting& c) { std::cout << "Connecting to " << c.host << ":" << c.port << "\n"; },
        [](Connected& c) { std::cout << "Connected (fd=" << c.socket_fd << ")\n"; },
        [](Error& e) { std::cerr << "Error: " << e.message << "\n"; }
    }, state_);
}

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