C++中的std::variant有什么作用？(类型安全的联合体union替代品)

尼克

发布时间：2026-01-11 11:13:40

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来源于php中文网

原创

std::variant 解决传统 union 类型不安全问题，通过内置类型标签实现安全访问；支持 std::get、std::get_if、std::holds_alternative 安全读写，并借助 std::visit 实现类型匹配分发。

c++中的std::variant有什么作用？(类型安全的联合体union替代品)

std::variant 能解决什么问题

传统 union 允许在一块内存里存不同类型的值，但不记录当前实际存的是哪种类型，访问错误类型会直接导致未定义行为。比如你写了 union { int i; double d; }，然后往里面写了 i = 42，却读 d，程序就崩了——编译器不管，运行时也不报错，只等出事。

std::variant 把类型信息“带在身上”，每次赋值或修改都会更新内部的类型标签，读取前还能用 std::holds_alternative 或 std::get_if 安全检查，从根本上堵住误读漏洞。

怎么安全地读写 std::variant 的值

不能像 union 那样直接点成员或强制转型。必须通过标准接口操作，否则编译失败（这是好事）。

写入：直接赋值，例如 v = 42、v = 3.14、v = std::string{"hello"}，v 会自动切换到对应类型
读取单个类型：用 std::get(v) —— 如果当前不是 T 类型，抛 std::bad_variant_access
安全读取：先用 std::get_if(&v) 拿指针，返回 nullptr 表示当前不是 T，否则解引用访问
类型判断：用 std::holds_alternative(v) 得到 bool

std::variant v = "abc";
if (std::holds_alternative(v)) {
    std::cout << std::get(v); // ok
} else {
    std::cout << std::get(v); // 不会执行
}

std::visit 是怎么配合 variant 一起用的

当你要对多种可能类型做不同处理（比如打印、序列化、计算），逐个 if/else + holds_alternative 写起来啰嗦还容易漏分支。std::visit 提供了一种类型安全的“分发”机制，它会在运行时根据 variant 当前实际类型，自动调用匹配的重载函数。

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参数必须是可调用对象（lambda、函数对象、普通函数），且每个重载都得覆盖 variant 所有可选项
如果漏掉某个类型，编译失败，而不是运行时报错
支持多个 variant 同时 visit（C++17 起），适合组合场景

std::variant v = 3.14;
std::visit([](const auto& x) {
    using T = std::decay_t;
    if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "int: " << x;
    } else if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "double: " << x;
    } else if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "string: " << x;
    }
}, v);

要注意的边界和开销

std::variant 不是零成本抽象。它比裸 union 多占至少一个字节（用于存储类型索引），而且构造/赋值/析构都涉及分支判断和可能的内存操作。

如果所有备选类型都是 trivial（如 int、float），variant 本身也是 trivial 的；但只要有一个非 trivial 类型（比如 std::string），它就会带上默认构造、析构等逻辑
不能存引用、数组、void、抽象类等无法实例化的类型
不能包含自身（std::variant> 不合法），需要用 std::unique_ptr 或间接方式绕过
移动语义正常工作，但注意某些类型（如 std::string）移动后状态不确定，别在 visit 里反复用同一个变量多次访问