c++中std::variant怎么用_c++类型安全联合体【教程】

std::variant是C++17引入的类型安全联合体，本质区别于union：它运行时记录类型索引、自动管理构造/析构，禁止非法访问；而union无类型跟踪、不调用生命周期函数，易致未定义行为。

std::variant 是什么，和 union 有什么本质区别

std::variant 是 C++17 引入的类型安全联合体，它不是 union 的语法糖，而是完全不同的机制：它在运行时记录当前持有的类型（通过内部索引或 type-erased tag），并禁止非法访问。原始 union 不跟踪类型、不调用构造/析构函数，容易导致未定义行为；而 std::variant 自动管理生命周期，访问前可检查状态。

• 如果你试图用 std::get(v) 访问一个实际存着 double 的 std::variant，程序会抛出 std::bad_variant_access
• std::variant 要求所有备选类型都是可构造、可析构的（不能是抽象类或带删除构造函数的类型）
• 它不支持引用类型作为备选项（std::variant 非法），但可以用 std::reference_wrapper 替代

怎么安全地读取 std::variant 中的值

最常用的是 std::visit —— 它强制你覆盖所有可能类型，避免漏处理。比反复用 std::holds_alternative + std::get 更健壮、更易维护。

std::variant v = 3.14;
std::visit([](const auto& x) {
    using T = std::decay_t;
    if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "int: " << x << "\n";
    } else if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "string: " << x << "\n";
    } else if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "double: " << x << "\n";
    }
}, v);

• 使用 std::get(v) 前必须确保 v.index() == std::variant_alternative_t 成立，否则抛异常
• std::get_if(v) 返回 T*，空指针表示当前不持有该类型，适合条件分支
• std::holds_alternative(v) 是类型检查的首选，但仅作判断，不提供访问

std::variant 的默认构造和初始化陷阱

std::variant 默认构造时，只对第一个备选类型调用默认构造。如果首类型不可默认构造（比如 std::variant<:string int> 没问题，但 std::variant 编译失败），整个 variant 就无法默认构造。

• 初始化时尽量显式指定类型：std::variant v{std::in_place_type<:string>, "hello"}
• 或用 std::make_variant_alternative（C++20）简化构造
• 不要依赖隐式转换来初始化：std::variant v = 42; 是合法的（转成 int），但 std::variant<:string int> v = "abc"; 会失败——字符串字面量不会自动转 std::string，除非加括号或用花括号初始化

性能和内存布局需要注意什么

std::variant 的大小至少等于最大备选类型的大小，再加少量额外空间（通常 1–2 字节）存索引。它不共享内存，也不做堆分配 —— 所有内容都在栈上连续布局。

可赞AI

文字一秒可视化，免费AI办公神器

下载

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

• 如果某个备选类型很大（比如含数百字节的结构体），整个 std::variant 就会变大，影响缓存局部性
• 移动语义有效：移动一个 std::variant 会移动其内部值（如果该类型支持移动）
• std::monostate 可作为“空状态”占位符，让 variant 支持“未初始化”语义，例如 std::variant<:monostate int std::string>

std::variant 的类型安全不是免费的：每次访问都要查索引、每次赋值都可能触发旧值析构+新值构造。真正在意极致性能且能保证类型切换逻辑绝对可控时，原始 union + 手动生命周期管理仍是可行选择 —— 但绝大多数场景，std::variant 的安全收益远大于那点开销。