boost基础——variant的原理及基本用法

The variant class template is a safe, generic, stack-based discriminated union container, offering a simple solution for manipulating an object from a heterogeneous（异质型） set of types in a uniform manner. Whereas standard containers such as std::vector may be thought of as “multi-value, single type,” variant is “multi-type, single value.”

联合（union）的问题

Many times, during the development of a C++ program, the programmer finds himself in need of manipulating several distinct types in a uniform manner. Indeed, C++ features direct language support for such types through its union keyword:

union {int i; int d;} u;
u.d = 3.14;
u.i = 3;  // overwrites u.d

C++’s union construct, however, is nearly useless in an object-oriented environment. The construct entered the language primarily as a means for preserving compatibility with C, which supports only POD (Plain Old Data) types, and so does not accept types exhibiting non-trivial construction or destruction:

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

关于 POD以及Aggregates类型的详尽讨论请见 C++ Aggregate 与 POD（Plain Old Data）的解释。

基本用法（Basic Usage）

boost::variant<int, std::string> v;

默认地，variant的默认构造函数通过模板中的第一个类型（严格地说，为bounded type，本例为int）进行构造，所以，初始状态下，v 被初始化为int(0)。

std::cout << v.type().name() << std::endl;// int
std::cout << v << std::endl;// 0

如果模板中的第一个类型不存在默认构造，将会报错，哪怕后续类型存在默认构造：

class A
{
public:A(int){}
};int main(int, char**)
{boost::variant<A, int> v;// 错误   1   error C2512: “A”: 没有合适的默认构造函数可用return 0;
}

如果这种默认的处理方式不是我们期待的，或者如上例所示，第一个模板类型不存在默认的构造函数，variant对象可直接通过模板中的任意类型的构造函数的方式得以构造；

boost::variant<A, int> v1 = 5;
boost::variant<A, int> v2 = A(5);

类似地，一个variant对象也可通过模板中的任意类型的构造函数进行赋值，

int main(int, char**)
{boost::variant<int, std::string> v;v = "hello";return 0;
}

共有两种方式获取 variant对象中的内容：

apply_visitor，安全且强大
get<T>，十分方便

std::string& str = boost::get<std::string>(v);
str += " world! ";
std::cout << str << std::endl;// hello world!

get<T>方法存在一个显著的缺陷，也即，如果一个函数接受variant<int, std::string>，我们无法知道传递进来的variant对象，是int类型还是std::string类型。此时我们便需要进行多一步的判断，

void times_two(boost::variant<int, std::string>& v)
{if (int& a = boost::get<int>(v))a *= 2;if (std::string* s = boost::get<std::string>(&v))s += s;
}

然而这样的代码虽然能够工作，却十分的脆弱，如果不十分小心将会产生一些只在运行期才会出现的逻辑错误。例如，考虑如果我们希望扩展 times_two 操纵一个具有额外类型的variant类型变量。显然，此时我们至少需要修改函数声明：

void times_two(boost::variant<int, std::string, std::complex<double>>& v)
{// 同上...
}

如果我们不对函数体进行任何修改，如果传递进来的是持有std::complex<double>类型的variant对象，函数将不做任何动作，也不会报错。对本例而言，我们很容易知道如何修改，

if (std::complex<double>* c = boost::get<std::complex<double>>(&v))*c *= 2;

在一些更为复杂的程序中，将会花费可观的时间来识别和定位 bug 的位置。

因此，在真实世界应用中，对variant类型对象内容的获取需要一个比get方法更为鲁棒的获取机制，这正是安全且强大的apply_visitor：

class times_two_visitor :public boost::static_visitor<>
{
public:void operator()(int& i) const{i *= 2;}void operator()(std::string& s) const{s += s;}
};boost::apply_visitor(times_two_visitor(), v);

为了增强鲁棒性，还可写出如下的 generic 版本：

class times_two_generic :public boost::static_visitor<>
{
public:template<typename T>void operator()(T& operand) const{operand += opearand;}
}int main(int, char**)
{std::vector<boost::variant<int, std::string>> vec;vec.push_back(5);vec.push_back("hello");std::for_each(vec.begin(), vec.end(), boost::apply_visitor(times_two_visitor()));for (auto& elem: vec)std::cout << elem << " ";std::cout << std::endl;return 0;
}

References

[1] Boost.Variant