C++ std::variant的用法（附带实例）

std::variant 是 C++17 引入的一个重要特性，用于存储并操作一组类型安全的固定集合中的单个值。

与传统的联合体（union）相比，std::variant 为类型安全提供了保障，避免了联合体常见的类型错误和维护问题。

C++ std::variant的基本用法

std::variant 可以存储多种不同的类型中的一个，并且在运行时至少包含其中的一种类型。

例如，一个 std::variant<int, float, std::string>可以存储一个整数、一个浮点数或一个字符串。这使得 std::variant 成为处理多态而不使用继承的一个有力工具。

#include <variant>
#include <iostream>
#include <string>

// 定义一个可以存储 int、double 或 std::string 数据类型的 variant
std::variant<int, double, std::string> myVariant;

int main() {
    myVariant = 20;
    std::cout << std::get<int>(myVariant) << '\n';  // 安全地访问 int

    myVariant = "Hello, Variant!";
    std::cout << std::get<std::string>(myVariant) << '\n';  // 安全地访问 std::string

    // 通过 std::visit 自动处理所有可能的类型
    std::visit([](auto&&& arg) { std::cout << '\n'; }, myVariant);
}

在上述代码中，myVariant 被赋予了不同类型的值，我们可以通过 std::get 安全地访问它存储的值。

此外，std::visit 提供了一种访问 std::variant 中存储值的通用方法，允许我们编写可以处理所有可能类型的函数。

错误处理和异常安全

与 std::optional 类似，std::variant 在类型不匹配时会抛出 std::bad_variant_access 异常。这通常发生在通过 std::get 强制访问不存在的类型时。

为了避免这种情况，可以使用 std::holds_alternative 检查 std::variant 当前存储的是哪种类型。例如：

if (std::holds_alternative<int>(myVariant)) {
    std::cout << "Variant holds an int: " << std::get<int>(myVariant) << '\n';
} else {
    std::cout << "Variant does not hold an int.\n";
}

多态性和访问模式

std::variant 与 std::visit 结合使用可以实现类似访问者模式的功能。std::visit 提供了一种访问存储在 std::variant 中的当前值的机制，而不需要直接查询类型或进行显式的类型转换。这对于执行类型特定的操作非常有用，特别是在不使用虚函数的情况下实现多态性。

#include <variant>
#include <iostream>
#include <vector>

// 使用std::visit和Lambda表达式处理多种类型
void process_variants(const std::variant<int, double, std::string>& v) {
    std::visit([](auto&& arg) {
        using T = std::decay_t<decltype(arg)>;
        if constexpr (std::is_same_v<T, int>)
            std::cout << "Processing int: " << arg << '\n';
        else if constexpr (std::is_same_v<T, double>)
            std::cout << "Processing double: " << arg << '\n';
        else if constexpr (std::is_same_v<T, std::string>)
            std::cout << "Processing string: " << arg << '\n';
    }, v);
}

int main() {
    std::vector<std::variant<int, double, std::string>> vec = {10, 3.14, "variant"};
    for (const auto& v : vec) {
        process_variants(v);
    }
}

通过这种方式，std::variant 和 std::visit 构成了强大的工具，使我们能够以类型安全和灵活的方式处理多种数据类型，这在传统的单一类型系统中是难以实现的。

这些特性的引入，不仅使 C++ 的类型系统更加健壮，也大幅提高了语言的表达力和安全性。