C++里的std::optional是用来解决什么问题的？（表示可能不存在的有效值）

std::optional用于替代魔数和非法状态，强制显式处理有值/无值情况，避免隐式假设；需判空后访问，支持value_or回退，不适用于动态内存管理或需错误信息的场景。

std::optional 用来替代「魔数」和「非法状态」

当一个函数可能无法返回有效值（比如查找失败、解析出错），传统做法常靠返回 -1、nullptr、std::string{""} 等“哨兵值”表示“无结果”。但这些值本身属于合法数据范围，容易被误用或忽略检查。例如 find_user_id() 返回 -1，调用方可能直接参与计算，导致逻辑错误。std::optional 强制你显式处理“有值”和“无值”两种情况，从类型层面杜绝隐式假设。

构造和访问 std::optional 必须显式判空

不能像裸指针那样直接解引用，也不能像普通变量那样默认使用。所有访问都要求先确认是否含值，否则行为未定义（debug 模式下通常抛异常）。

• opt.has_value() 或 opt.operator bool() 判断是否存在有效值
• opt.value() 获取值——若无值则抛 std::bad_optional_access
• opt.value_or(default_val) 安全回退，默认值类型需可隐式转换为 T
• *opt 和 opt-> 仅在确定有值时可用，否则 UB

std::optional find_first_positive(const std::vector& v) {
    for (int x : v) {
        if (x > 0) return x;
    }
    return std::nullopt; // 明确表示“找不到”
}

auto result = find_first_positive({-1, -2, 0});
if (result) { // 等价于 result.has_value()
    std::cout << "Found: " << *result << "\n";
} else {
    std::cout << "Not found\n";
}

和指针、特殊值、异常相比的取舍

std::optional 不是万能替代品，适用场景有限制：

• 不适用于需要动态内存管理的场景（它内部是栈上存储，T 必须满足 is_trivially_destructible 等约束）
• 比裸指针多一点空间开销（通常 1 字节 tag + 对齐填充），但远小于堆分配成本
• 比抛异常更轻量，适合高频、预期可能失败的路径（如配置项解析、map 查找）
• 不能代替 std::expected 表达失败原因——它只回答“有没有”，不回答“为什么没有”

常见误用：忘记移动语义和拷贝代价

std::optional<:string> 的拷贝会触发字符串深拷贝；返回大对象时建议用 std::move 转移所有权。另外，不要用 std::optional——引用类型不被允许，编译器会直接报错。

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• 错误写法：std::optional<:vector>&> → 编译失败
• 低效写法：return std::optional{obj}; → 多一次拷贝
• 推荐写法：return std::optional{std::move(obj)};

真正难的是设计 API 时判断该不该用 std::optional：不是所有“可能为空”的地方都适合——比如工厂函数返回 std::unique_ptr 更自然；而纯计算型接口（如 parse_int）用 std::optional 就很干净。