C++中的 std::optional

news2024/11/18 23:15:57

std::optional<T>是 C++17 中的一个标准库组件，optional <T>对象默认是空的，也就是处于无效状态，给它赋值后因为里面有了元素，就变成了有效状态。

1.引入背景

c++函数常用返回值表示函数是否执行成功。如返回nullptr表示执行失败，反之则执行成功。或者返回-1表示执行失败，0表示执行成功。此时，如果函数在执行成功时，还需要传出执行结果，则只能使用函数的传出参数。

我们需要有一种简单的概念，它能够将执行是否成功的标记与执行结果统一起来，这就是模板类 optional。

2.创建对象

std::optional<T> 包含一个值时，它的行为就像一个普通的容器，可以访问和修改这个值。当它为空时，任何试图访问值的操作都会失败，通常是通过抛出一个异常或返回一个错误值。
下面例子中，初始化optional<int>对象后，使用函数 has_value()检查是否包含值，使用函数value() 访问包含的值。

#include <iostream>
#include <optional>
using namespace std;
int main()
{
    optional<int> op1;               // 默认是无效值
    if (op1.has_value())
    {          
      cout << "op1 value = " << op1.value() << endl;
    }  
    
     optional<int> op2 = 10;                        // 赋值，持有有效值       
    if (op2.has_value())
    {          
      cout << "op2 value = " << op2.value() << endl;
    }    
}

运行结果:

op2 value = 10

optional也能够转换为 bool 值，可以用 */-> 来直接访问内部的值，行为表现很像指针。

#include <iostream>
#include <string>
#include <optional>
using namespace std;
int main()
{
    optional<string> op {"c++ shell"};  
    if (op)                                  //可以转为bool值
    {          
      cout << "op value = " << *op << endl; // 使用*/->访问内部的值
    }    
}

运行结果:

op value = c++ shell

3.工厂函数

optional 也可以用工厂函数 make_optional() 来创建，不过与直接构造不同，即使不提供初始化参数，它也必定会用“零值”创建出一个有效值的 optional 对象，这一点我们在用的时候要特别注意。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <optional>
using namespace std;
int main()
{
    
    auto op1 = make_optional<int>();    // 使用默认值构造有效值
    if (op1.has_value())                                 
    {          
      cout << "op1 value = " << op1.value() << endl; 
    }  
    
    auto op2 = make_optional<std::vector<double>>();    // 使用默认值构造有效值
    if (op2.has_value())                              
    {          
      cout << "op2 size = " << op2->size() << endl; 
    } 

}

运行结果：

op1 value = 0
op2 size = 0

4.应用示例

实现一个求平方根的函数。

#include <iostream>
#include <optional>
using namespace std;

optional<double> safesqrt(double x)
{
    optional<double> v;        
    if (x < 0) {            
        return v;           
    }

    v  = ::sqrt(x);         
    return v;            
}

int main()
{
    optional<double> v1 =  safesqrt(-1);
    if (v1.has_value())                                 
    {          
      cout << "v1 value = " << v1.value() << endl; 
    }  
    
    optional<double> v2 =  safesqrt(3);
    if (v2.has_value())                              
    {          
      cout << "v2 size = " << v2.value() << endl; 
    } 
};

运行结果