第 43 章。Boost.Variant

Eric Friedman

Itay Maman

根据 Boost 软件许可证 1.0 版发布。（参见附带文件 LICENSE_1_0.txt 或复制到 https://boost.ac.cn/LICENSE_1_0.txt）

简介

摘要
动机

摘要

variant 类模板是一个安全、通用、基于堆栈的区分联合容器，提供了一个简单的解决方案，以统一的方式操作来自异构类型集的对象。虽然诸如 std::vector 之类的标准容器可以被认为是“多值，单类型”，但 variant 是“多类型，单值”。

boost::variant 的显著特性包括

完整的价值语义，包括对转换操作的标准重载解析规则的遵守。
通过 boost::apply_visitor 进行编译时类型安全的价值访问。
通过 boost::get 进行运行时检查的显式值检索。
支持通过 boost::make_recursive_variant 和 boost::recursive_wrapper 两种方式进行递归变体类型。
高效的实现——尽可能基于堆栈（有关更多详细信息，请参阅名为“"永不为空"保证”的部分）。

动机

问题
解决方案：一个激励示例

问题

在 C++ 程序开发过程中，程序员经常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 关键字为这些类型提供了直接的语言支持。

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

但是，C++ 的 union 结构在面向对象的环境中几乎没有用。该结构进入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，因此不接受具有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。典型的解决方案包括动态分配对象，然后通过一个公共基类型（通常是一个虚拟基类 [Hen01] 或更危险的 void*）对其进行操作。

但是，这种类型的解决方案极易出错，原因如下

无法在编译时检测到向下转换错误。 因此，向下转换结构的错误使用会导致仅在运行时才能检测到的错误。
可能忽略新的具体类型。 如果将新的具体类型添加到层次结构中，现有的向下转换代码将继续按原样工作，完全忽略新的类型。因此，程序员必须手动定位和修改多个位置的代码，这往往会导致难以发现的运行时错误。

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

解决方案：一个激励示例

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")
}

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