C++17中std::variant的使用

news2024/12/24 21:12:55

      可变参数模板类std::variant表示类型安全联合体(type-safe union)。std::variant的实例在任何给定时间要么保存其替代类型之一的值，要么在错误的情况下无值。
      与union一样，如果std::variant保存某个对象类型T的值，则T的对象表示形式将直接在std::variant本身的对象表示形式中分配。不允许std::variant分配额外的(动态)内存，std::variant不会分配堆内存。
      不允许std::variant保存引用、数组或void类型(references, arrays, or the type void)。空的std::variant也是格式错误的。
      允许std::variant多次保存相同类型，并保存相同类型的不同cv限定(cv-qualified versions)版本。
      std::variant允许你以灵活且类型安全的方式处理多种数据类型。std::variant可以存储各种数据类型的值，包括基本类型(int、double等)、用户定义类型(自定义类或结构)，甚至其它std::variant。
      使用std::in_place_type或std::in_place_index可对多个值初始化，也可以使用它们在初始化时解决歧义问题。
      和std::optional、std::any一样，std::variant对象是值语义。也就是说，拷贝被实现为深拷贝。
      std::variant持有的值有若干候选项(alternative)，这些选项通常有不同的类型。然而，两个不同选项的类型也有可能相同。
      初始化和赋值操作都会查找最匹配的选项。如果类型不能精确匹配，可能会发生奇怪的事情。std::variant没有空的状态，这意味着每一个构造好的std::variant对象，至少调用了一次构造函数。默认构造函数会调用第一个选项类型的默认构造函数。如果第一个类型没有默认构造函数，那么调用std::variant的默认构造函数将会导致编译期错误。结构体std::monostate可以处理这种情况。std::monostate可以作为第一个选项类型来保证std::variant能默认构造。

namespace {

template<class T>
auto& operator<<(std::ostream& out, const std::vector<T>& v)
{
	out << "{";
	for (const auto& e : v)
		out << e << " ";
	return out << "}";
}

struct S {
	S(int i) : i(i) {}
	int i;
};

class Derived : public std::variant<int, std::string> { };

} // namespace

int test_variant_init()
{
	std::variant<int, float> var1;
	std::cout << "index: " << var1.index() << ", value: " << std::get<int>(var1) << "\n"; // index: 0, value: 0

	std::variant<std::string, int> var2{ "CHINA" };
	std::cout << "index: " << var2.index() << ", value: " << std::get<std::string>(var2) << "\n"; // index: 0, value: CHINA

	std::variant<std::string, int> var3{ 66 };
	std::cout << "index: " << var3.index() << ", value: " << std::get<int>(var3) << "\n"; // index: 1, value: 66

	std::variant<std::vector<int>, std::string, float> var4{ std::in_place_type<std::string>, "CHINA" };
	std::cout << "index: " << var4.index() << ", value: " << std::get<std::string>(var4) << "\n"; // index: 1, value: CHINA

	std::variant<std::string, std::vector<int>, float> var5{ std::in_place_type<std::vector<int>>, {1, 2, 3, 4, 5} };
	std::cout << "index: " << var5.index() << ", value: " << std::get<std::vector<int>>(var5) << "\n"; // index: 1, value: {1 2 3 4 5 }

	std::variant<std::string, bool, std::vector<std::string>> var6{ std::in_place_index<2>, 5, "hi" };
	std::cout << "index: " << var6.index() << ", value: " << std::get<std::vector<std::string>>(var6) << "\n"; // index: 2, value: {hi hi hi hi hi }

	//std::variant<S> var7; // error C2512: "std::variant<`anonymous-namespace'::S>::variant": 没有合适的默认构造函数可用
	std::variant<std::monostate, S> var7;
	std::cout << "index: " << var7.index() << "\n"; // index: 0
	if (std::holds_alternative<std::monostate>(var7))
		std::cout << "var7 has monostate\n"; // var7 has monostate
	var7 = std::monostate{};

	return 0;
}

      std::variant相关函数：
      (1).index：返回存储在std::variant中的数据类型从零开始的索引；
      (2).emplace: 就地(in place)构造std::variant的值；若已存储值，则首先销毁当前存储的值，然后再初始化;
      (3).holds_alternative: 检查std::variant当前是否拥有给定类型；返回bool类型；
      (4).get：从std::variant中检索给定索引或类型(如果类型是唯一的)的值，如果不匹配，则抛出异常；返回存储值的引用；
      (5).get_if：获取指向给定索引或类型(如果唯一)的std::variant值的指针，出错时返回nullptr，它的参数是一个指针；
      (6).valueless_by_exception:检查std::variant是否处于无效状态；
      (7).std::variant_npos:std::variant处于无效状态时，std::variant的索引值；
      (8).std::swap:交换两个std::variant对象的值；
      (9).operator==, !=, <, <=, >, >=:比较两个std::variant对象；
      std::variant也支持move语义。

int test_variant_functions()
{
	std::variant<int, float, std::string> var1{ 66.6f };
	std::cout << "index: " << var1.index() << ", value: " << std::get<float>(var1) << "\n"; // index: 1, value: 66.6

	var1.emplace<2>("CHINA");
	std::cout << "index: " << var1.index() << ", value: " << std::get<std::string>(var1) << "\n"; // index: 2, value: CHINA
	var1.emplace<0>(88);
	std::cout << "index: " << var1.index() << ", value: " << std::get<int>(var1) << "\n"; // index: 0, value: 88

	std::cout << std::boolalpha
		<< "holds int: " << std::holds_alternative<int>(var1)
		<< ", holds string: " << std::holds_alternative<std::string>(var1) << "\n"; // holds int: true, holds string: false

	if (std::holds_alternative<int>(var1))
		std::cout << "var1 type: int\n"; // var1 type : int

	std::variant<std::string, int, float, std::vector<float>> var2;
	var2 = std::get<int>(var1);
	std::cout << "index: " << var2.index() << ", value: " << std::get<int>(var2) << "\n"; // index: 1, value: 88
	var2 = std::get<0>(var1); // <==> var2 = std::get<int>(var1);
	std::cout << "index: " << var2.index() << ", value: " << std::get<int>(var2) << "\n"; // index: 1, value: 88
	std::get<0>(var1) = 99;
	std::cout << "index: " << var1.index() << ", value: " << std::get<int>(var1) << "\n"; // index: 0, value: 99

	try {
		//var2 = std::get<2>(var1);
		var2 = std::get<std::string>(var1);
	} catch (std::bad_variant_access const& ex) {
		std::cout << "exception: " << ex.what() << "\n"; // windows: exception: bad variant access; linux: exception: std::get:wrong index for variant
	}

	std::variant<std::string, std::string> var3;
	std::get<0>(var3) = "China";
	std::cout << "index: " << var3.index() << ", value: " << std::get<0>(var3) << "\n"; // index: 0, value: China
	var3.emplace<1>("Beijing");
	std::cout << "index: " << var3.index() << ", value: " << std::get<1>(var3) << "\n"; // index: 1, value: Beijing

	auto check_value = [](const std::variant<int, float>& v) {
		if (const int* pval = std::get_if<int>(&v))
			std::cout << "variant value: " << *pval << '\n';
		else
			std::cout << "failed to get value" << '\n';
	};

	std::variant<int, float> var4{ 12 }, var5{ 3.f };
	check_value(var4); // variant value: 12
	check_value(var5); // failed to get value

	Derived var6{ "Beijing" };
	std::cout << "index:" << var6.index() << ", value: " << std::get<1>(var6) << "\n"; // index:1, value: Beijing

	std::swap(var4, var5);
	std::cout << "var4 index: " << var4.index() << ", value: " << std::get<1>(var4) << "\n"; // var4 index: 1, value: 3
	std::cout << "var5 index: " << var5.index() << ", value: " << std::get<0>(var5) << "\n"; // var5 index: 0, value: 12

	std::cout << std::boolalpha << "var4 == var5: " << (var4 == var5) << "\n"; // var4 == var5: false

	std::variant<std::string, std::string> var7{ std::in_place_index<1>, "China" }, var8;
	std::cout << "index: " << var7.index() << ", value: " << std::get<1>(var7) << "\n"; // index: 1, value: China
	var7.emplace<0>("Bejing");
	std::cout << "index: " << var7.index() << ", value: " << std::get<0>(var7) << "\n"; // index: 0, value: Bejing

	var8 = std::move(var7);
	std::cout << "index: " << var7.index() << ", value: " << std::get<0>(var7) << "\n"; // index: 0, value:
	std::cout << "index: " << var8.index() << ", value: " << std::get<0>(var8) << "\n"; // index: 0, value: Bejing

	return 0;
}

      执行结果如下图所示：

      GitHub：https://github.com/fengbingchun/Messy_Test

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