第 42 章。Boost.Variant

Eric Friedman

Itay Maman

根据 Boost 软件许可协议 1.0 版发布。（请参阅随附文件 LICENSE_1_0.txt 或在 https://boost.ac.cn/LICENSE_1_0.txt 复制副本）

简介

摘要
动机

摘要

variant 类模板是一个安全、通用的、基于堆栈的可区分联合容器，为以统一的方式操作来自异构类型集合的对象提供了简单的解决方案。标准容器（如 std::vector）可以被认为是“多值，单类型”，而 variant 则是“多类型，单值”。

boost::variant 的显著特点包括

完整的值语义，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值访问。
通过 boost::get 进行运行时检查的显式值检索。
通过 boost::make_recursive_variant 和 boost::recursive_wrapper 支持递归 variant 类型。
高效的实现 -- 尽可能基于堆栈（有关更多详细信息，请参阅“"永不为空" 保证” 部分）。

动机

问题
解决方案：一个激励人心的例子

问题

很多时候，在 C++ 程序开发过程中，程序员发现自己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 关键字直接为这些类型提供了语言支持

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 构造在面向对象的环境中几乎毫无用处。该构造进入该语言主要是为了保持与 C 的兼容性，C 仅支持 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;

显然，需要另一种方法。典型的解决方案是动态分配对象，然后通过公共基类型（通常是虚基类 [Hen01] 或更危险的 void*）来操作这些对象。然后可以通过多态向下转型构造（例如，dynamic_cast，boost::any_cast 等）来检索具体类型的对象。

然而，由于以下原因，这种解决方案非常容易出错

向下转型错误无法在编译时检测到。 因此，不正确地使用向下转型构造将导致错误，这些错误只能在运行时检测到。
新具体类型的添加可能会被忽略。 如果向层次结构中添加了新的具体类型，则现有的向下转型代码将继续按原样工作，完全忽略新类型。因此，程序员必须手动定位和修改多个位置的代码，这通常会导致运行时错误，且难以发现。

此外，即使正确实现，这些解决方案也往往会由于堆的使用、虚函数调用和多态向下转型而导致相对显著的抽象惩罚。

解决方案：一个激励人心的例子

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")
}

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