C++ variant怎么用 C++17类型安全联合体使用指南【泛型】

std::variant 是 C++17 引入的类型安全联合体，区别于 union：它自动管理构造/析构、支持运行时类型查询与安全访问（如 std::visit、std::get），要求备选类型可析构和可移动，禁止数组/引用/void 等类型。

std::variant 是什么，和 union 有什么区别

std::variant 是 C++17 引入的类型安全联合体，本质是一个“只能持有一种类型的容器”，编译期就限定可选类型集合，运行时能安全知道当前存的是哪个。它不是 union 的语法糖——原生 union 不调用构造/析构、不检查访问类型、容易 UB；而 std::variant 自动管理对象生命周期，提供 std::visit 和 std::get 等安全访问机制。

常见错误现象：直接对 std::variant 成员取地址或强制 reinterpret_cast；试图像 union 那样“覆盖写入”不同分支；忽略 valueless_by_exception 状态。

• 必须显式初始化（默认构造只对第一个可默认构造的类型生效）
• 所有备选类型必须满足可析构、可移动（部分场景还需可复制）
• 不支持数组、引用、void、某些不完整类型

怎么安全获取 variant 中的值：get vs visit

std::get(v) 直接按类型提取，但若当前不持有 T，抛出 std::bad_variant_access；std::get(v) 按索引提取，越界同样抛异常。适合你确定类型且愿意承担异常成本的场景。

std::visit 是更推荐的方式，尤其在泛型上下文中——它接受一个可调用对象（lambda、函数对象等），编译期生成所有分支的 dispatch 表，运行时根据当前 index 调用对应重载。

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

注意：

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• lambda 参数必须能匹配所有备选类型（否则编译失败）
• std::visit 不支持“漏掉某个类型”的写法；若想 fallback，可用 std::holds_alternative + 手动分支
• 若 variant 处于 valueless_by_exception 状态，std::visit 会抛异常

泛型处理 variant：如何写一个通用的 to_string

写泛型转换函数的关键是避免为每个新类型重复实现，同时保持类型安全。推荐用 std::visit + lambda + 可变参数模板组合：

template
struct to_string_visitor {
    std::string operator()(const Ts& t) const { return std::to_string(t); }
    std::string operator()(const std::string& s) const { return "\"" + s + "\""; }
    std::string operator()(const auto&) const { return "unknown"; }
};
template
std::string to_string(const std::variant& v) {
return std::visit(to_string_visitor{}, v);
}

使用场景：

• 日志打印、配置序列化、调试输出
• 需要适配自定义类型时，在 visitor 中特化 operator()

容易踩的坑：

• 忘记给 visitor 加 const 限定符，导致无法绑定 const variant
• 在 visitor 中返回类型不一致（比如有的分支返回 std::string，有的返回 void），编译失败
• 对 std::monostate 或空状态没做处理，访问时报错

性能与兼容性要注意什么

std::variant 的空间开销是所有备选类型中最大 size 加上一个字节（用于存储 index）；时间开销主要在 std::visit 的一次查表跳转，基本可视为 O(1)，远优于动态类型如 std::any。

• MSVC 19.14+、GCC 7.2+、Clang 5.0+ 完整支持；老版本需谨慎
• std::variant 不支持 constexpr 构造（C++20 才部分支持）
• 移动语义是安全的，但拷贝构造要求所有类型都可拷贝；若含不可拷贝类型（如 std::unique_ptr），只能移动

关键提醒：不要为了“省一个字节”把小类型（如 bool）和大类型（如 std::vector）塞进同一个 variant——index 存储本身不贵，但缓存局部性会被破坏，实际性能可能比两个独立变量还差。真正该关心的是访问模式是否集中、分支是否可预测。