第44章：Boost.Variant

Eric Friedman

Itay Maman

根据 Boost 软件许可证版本 1.0 分发。（参见附带文件 LICENSE_1_0.txt 或复制自 https://boost.ac.cn/LICENSE_1_0.txt）

引言

摘要
动机

摘要

variant 类模板是一个安全、通用、基于栈的辨别联合容器，提供了一种简单的解决方案，用于以统一的方式操作来自异构类型集的对象。标准容器如 std::vector 可以被认为是“多值，单类型”，而 variant 是“多类型，单值”。

boost::variant 的显著特性包括：

完整的数值语义，包括遵守标准重载解析规则进行转换操作。
通过 boost::apply_visitor 进行编译时类型安全的数值访问。
通过 boost::get 进行运行时检查的显式数值检索。
通过 boost::make_recursive_variant 和 boost::recursive_wrapper 支持递归变体类型。
高效的实现——尽可能基于栈（更多细节请参见名为““永不为空”保证”的部分）。

动机

问题
解决方案：一个激励性示例

问题

在 C++ 程序开发过程中，程序员经常需要以统一的方式操作几种不同的类型。实际上，C++ 通过其 union 关键字直接支持此类类型。

union { int i; double d; } u;
u.d = 3.14;
u.i = 3; // overwrites u.d (OK: u.d is a POD type)

然而，C++ 的 union 结构在面向对象环境中几乎毫无用处。该结构主要作为一种方法进入该语言，以保持与 C 的兼容性，C 只支持 POD（普通旧数据）类型，因此不接受表现出非平凡构造或析构的类型。

union {
  int i;
  std::string s; // illegal: std::string is not a POD type!
} u;

然后可以通过多态向下转换结构（例如，dynamic_cast，boost::any_cast 等）检索具体类型的对象。

然而，此类解决方案由于以下原因极易出错：

向下转换错误无法在编译时检测到。 因此，不正确的向下转换结构用法会导致仅在运行时才能检测到的错误。
可能会忽略新具体类型的添加。 如果向层次结构中添加新的具体类型，现有的向下转换代码将继续按原样工作，完全忽略新类型。因此，程序员必须手动查找和修改许多位置的代码，这通常会导致难以查找的运行时错误。

此外，即使正确实现，这些解决方案也往往由于使用了堆、虚拟函数调用和多态向下转换而导致相对较大的抽象开销。

解决方案：一个激励性示例

boost::variant 类模板以安全、直接和高效的方式解决了这些问题。以下示例演示了如何使用该类。

#include "boost/variant.hpp"
#include <iostream>

class my_visitor : public boost::static_visitor<int>
{
public:
    int operator()(int i) const
    {
        return i;
    }
    
    int operator()(const std::string & str) const
    {
        return str.length();
    }
};

int main()
{
    boost::variant< int, std::string > u("hello world");
    std::cout << u; // output: hello world

    int result = boost::apply_visitor( my_visitor(), u );
    std::cout << result; // output: 11 (i.e., length of "hello world")
}

Boost C++ 库