c++ advanced(8) std::variant from beginner to expert
目录
std::variant（c17）
questions and existing problems
variant: and VS or
Why not Union
Solution
variant in boost
variant in stdlib
item1 get && get_if
item2 std::visit
item3 duplicate entries
item4 no special recursion
item5 std::monostate
item6 allocation at assignment removed
overload lambda for visit
other substitution
std:optional(c17)
std:any(C17)
item1 different storage strategy
item2 copy while any_cast
std::variant（c17）
在2004年boost 1.31.0库引入了variant，但是直到16年std::variant正式被引入标准库c++17
在看cpp reference的时候，我深恶痛绝的一点就是没有一个从浅到深的例子来说明应用场景，这也是我写博客的原因。
所以我们为什么需要variant？
questions and existing problems
假设一个场景，我们有一个类，类里面存储了两种信息分别是name，和index，但是这两种信息类型不同，在任何时候有且只有一种信息存在，因此我们有一个bool 类的has name来区分所含信息的种类。
同时为了涵盖所有的情况，我们不得不写出两个接口分别是getname和getindex。
int root.h file
#pragma once
#include<iostream>
#include <string>
using namespace std;class PersonId
{
public://behavior is undefined unless hasName()==truestring getname();//behavior is undefined unless hasName()==falseint getIndex();bool hasName() {return this->has_name;}
private:bool has_name;string name;int index;
};这样就会导致三个问题：
- 当用户使用代码的时候没办法确保满足情况
- 浪费空间，因为反正只会有一种类型存在
- 样板代码（Boilerplate Code），因为我们实际上只会调用一个接口
第二个example
say，我们有这样一个例子，我们根据数据流做一些操作，首先我们定义一个接口，然后我们指定一某一个操作为set_value。并且特化其中的put函数。
struct command
{virtual ostream& put(ostream&) = 0;virtual ~command() {};
};
struct set_score :public command
{ostream& put(ostream&) override final {};double value;
};同样也有一些问题：
- 因为引入了多态和继承，我们需要用智能指针管理对象
- 样板代码（Boilerplate Code），因为众多代码是重复的
- 基类的提供让用户用了自定义衍生类的机会，这不是我们想要的
- 函数是分散的，也就意味着如果我们想添加一个新的函数，需要更改base class
一种解决方法如下：
struct command
{enum class type {SET_SCORE,FIRE_MISSLE,FIRE_LASER,ROTATE};virtual type getType() = 0;virtual ~command() {};
};
struct set_score :public command
{type getType() override final { return type::SET_SCORE; };double value;
};这样写的好处显而易见：
- 首先函数不再分散了，我们可以通过getType找到对应的派生类，我们可以直接dynamic_cast（safe downcasting）到对应的子类然后调用函数，不用更改基类的接口
- 但是还需要智能指针管理内存
- 样板代码（Boilerplate Code），同样的问题
- 拼写错误，如果return了错误，只有在run-time才能检测出来
variant: and VS or
那么什么是variant?
我们可以简单这样认为：
struct S
{X x,Y y,
};上面的代码代表S包含x和y两个type的两个变量
variant<X, Y>S;代表S包含XorY type；
Why not Union
有人会说Union不是也可以多个不同的type共享一块空间吗？实际上union本身就有一些缺陷：
- 对象不知道它们当前持有的值的类型
- 对象必须是non-trival的，比如string
- 不能派生union
Solution
对于第一个example PersonID，我们可以这样写：
using personID = variant<int, string>;and that is it.
对于第二个example command ,我们可以这样用variant替代：
struct set_score
{double value;
};
using command=variant<set_score,fire_missile,fire_laser,rotate>《》内部是我们具体的实现类
variant in boost
因为std引入了variant，因此boost种的意义不大，就简单说一下，
- 初始化的时候会自动初始化为<>种的第一个类，因此typeid.name（）输出是其中的类而不是variant，这在std种也是如此，只是type不同。
- 访问其中的元素会用到类似c++14 get的用法get<T>（variant），访问特定类型的元素
- 也可以用operator()重载结构体visitor的方式来定义匹配对应的元素
struct visitor
{
public:void operator()(const string& s)const {cout << "I got string" << endl;}void operator()(const int s)const{cout << "I got int" << endl;}
};variant in stdlib
item1 get && get_if
保留了get<T>，并且多了一个get_if<T&>，如果不是就返回空, 否则返回指针
using PersonID = variant<string, int>;
int main()
{PersonID P;P = "ss";if (string const* const s = get_if<string>(&P)) {string ss = *s;cout << ss << endl;}else {cout << get<int>(P) << endl;}
}output:
ss
我们也可以用idex来代替type，get_if和get用法不变
item2 std::visit
保留了visit，但是还是需要用户自己写visitor函数：
struct visitor
{
public:void operator()(const string& s)const{cout << "I got string" << endl;}void operator()(const int s)const{cout << "I got int" << endl;}
};
int main()
{PersonID P;P = "ss";visit(visitor(),P);
}item3 duplicate entries
同一个variant可以有同样的type，比如这样：
using PersonID = variant<string, string>;很多人发现这样有问题，没办法初始化，其实方法简单，用emplace(c14)就可以：
std::variant<std::string, std::string> w;w.emplace<1>(string("dads"));cout << w.index() << endl;这样就可以区分是扔进去的第一个还是第二个了……当然实际开发中应该很少这么写（sad）
item4 no special recursion
也就是说没办法写递归，比如我们定义二叉树：
template<typename T>
struct binaryTree;template<typename T>
struct binaryBranch
{shared_ptr<binaryTree<T>> left;shared_ptr<binaryTree<T>> right;
};
template<typename T>
struct binaryTree
{using value = variant<T, binaryBranch<T>>;value V;
};
int main()
{binaryTree<int> B = 1;//error
}item5 std::monostate
boost库种原本为boost::blank，std种为monostate，熟悉英语的应该能猜到这叫单一状态 ，本身它也只起一个占位的作用，为无法初始化的variant提供一个可以初始化的机会；
struct A
{A(int i) {};
};
using testType = variant<A, int>;
int main()
{testType t;//error
}我们可以这样写：
struct A
{A(int i) {};
};
using testType = variant<monostate,A, int>;
int main()
{testType t;//OK
}item6 allocation at assignment removed
类模板std::variant代表一个类型安全的union。安全类型可以简单理解为不会扔出异常的，但是如果扔出了，会放置在额外的空间中，否则不会也不允许开辟额外空间。我们可以用valueless_by_exception()的返回值来检查是否为空。
但是搞笑的是，既然已经扔出异常了，我们通常情况下程序会直接矶钓，根本不会有机会让我们去这样检查，所以基本上这个东西用不到。乐
overload lambda for visit
下面展示一种酷酷的visitor的写法：
template<class... Ts> struct overload : Ts... {overload(Ts...) = delete;using Ts::operator()...;
};using testType = variant<string, int>;
void myVisitor(testType& t)
{return std::visit(overload{[](const int i) { cout << "int" << endl; },[](const std::string& s) {cout << "string" << endl; }}, t);
}其实visitor底部就是index：
template <typename F, typename... Variants>
decltype(auto) visit(F f, Variants... vs) {return f(std::get<vs.index()>(vs)...);
}还是推荐大多多用index啊。
other substitution
std:optional(c17)
在实际开发中，我们会n次地去判断内容是否为空，optional提供了一种更优雅的方式来判断内容。
optional<string> openfile(const string& path)
{ifstream stream(path);if (stream) {string res((std::istreambuf_iterator<char>(stream)), std::istreambuf_iterator<char>());stream.close();return res;}return {};
}
int main()
{optional<string>data = openfile("data.txt").value();if (data.has_value()) {cout << data.value() << endl;}
}std:any(C17)
any不需要我们指定template，类似于variant。
any data;data = 1;data = "string";string str = any_cast<string>(data);//we got a string type尽管这样更方便，但是也意味着更不安全，而且会有性能损失，因此还是建议大家使用variant
item1 different storage strategy
还有个更重要的区别就是存储方式，variant意味着本身是个safe的union，但是any不是这样存储的，any 的source code种有这样一部分：
struct _Storage_t {union {unsigned char _TrivialData[_Any_trivial_space_size];_Small_storage_t _SmallStorage;_Big_storage_t _BigStorage;};uintptr_t _TypeData;};看一下big和samll storage就能发现对于大型的struct，存储方式为void*而不是union，是通过动态分配的方式给出的。
struct _Small_storage_t {unsigned char _Data[_Any_small_space_size];const _Any_small_RTTI* _RTTI;};static_assert(sizeof(_Small_storage_t) == _Any_trivial_space_size);struct _Big_storage_t {// Pad so that _Ptr and _RTTI might share _TypeData's cache lineunsigned char _Padding[_Any_small_space_size - sizeof(void*)];void* _Ptr;const _Any_big_RTTI* _RTTI;};如果我们gose deeper，就会发现 small storage的大小大概为32byte，也就是说大于32byte的会用动态分配的策列。
constexpr int _Small_object_num_ptrs = 6 + 16 / sizeof(void*);
inline constexpr size_t _Any_small_space_size = (_Small_object_num_ptrs - 2) * sizeof(void*);item2 copy while any_cast
这也就意味着，我们在any_cast的时候永远都是获取的右值，是一个新的值，这在variant的get种是可以实现的。
string& str = any_cast<string>(data);//error如果我们仍然希望得到引用，那么这样写回提升一点点性能：
string& str = any_cast<string&>(data);//we got a lreference to string typec++ advanced(8) std::variant from beginner to expert相关推荐
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