C++中std::visit与std::variant怎么配合使用_C++17多态替代方案【设计】

std::visit 是访问 std::variant 值的强制要求，因 std::get 需编译期确定类型，否则抛 std::bad_variant_access 导致崩溃；正确做法是用 std::visit 统一分发并由编译器生成各类型的处理分支。

std::visit 是访问 std::variant 中当前持有值的唯一标准方式，不是可选技巧，而是强制要求——不通过 std::visit（或其变体如 std::holds_alternative + std::get）就无法安全取出值。

为什么不能直接用 std::get 访问 variant？

因为 std::get(v) 要求编译期确定 v 当前确实持有类型 T，否则抛出 std::bad_variant_access。而运行时类型是动态的，硬写 std::get(v) 很容易崩溃。

常见错误现象：std::terminate 被调用，控制台只显示 “terminate called after throwing an instance of 'std::bad_variant_access'” —— 这说明你绕过了类型检查，直接强取了错误分支。

正确做法是：先用 std::visit 统一分发，让编译器为你生成所有可能类型的处理分支：

立即学习“C++免费学习笔记（深入）”；

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);

如何写一个能复用的 visitor 类？

Lambda 写多了会重复，尤其当多个地方要对同一 std::variant 做类似 dispatch 时。这时应定义具名 visitor 结构体，显式继承 std::variant 所有可选项的重载 operator()：

• 必须为 variant 中每种类型都提供一个 operator() 重载，否则编译失败（这是安全性的体现）
• 避免使用模板 operator() 单一入口，除非配合 if constexpr，否则可能漏处理某类型
• 如果某些类型处理逻辑相同，可以共用一个重载，比如 void operator()(const std::string&) const 和 void operator()(const std::vector&) const 都转成 size 输出

示例：

Scrumball

AI驱动的网红营销平台

下载

struct Printer {
    void operator()(int i) const { std::cout << "int=" << i; }
    void operator()(const std::string& s) const { std::cout << "str=" << s; }
    void operator()(double d) const { std::cout << "dbl=" << d; }
};
// 使用
std::variant v = "hello";
std::visit(Printer{}, v); // 输出 str=hello

std::visit 的异常安全性与性能影响

std::visit 本身不抛异常（除非你 visitor 里主动 throw），但它内部会做一次运行时分支判断（通常编译为查表或条件跳转），开销极小，远低于虚函数调用或 dynamic_cast —— 因为 variant 的 type index 是内建存储的，无需 RTTI 查找。

注意两个易忽略点：

• 如果 variant 是空状态（std::monostate 或 move 后未赋值），std::visit 仍会尝试调用 visitor，但不会匹配任何重载，导致编译失败；所以建议 variant 至少包含 std::monostate 作为默认项，并为其提供 operator()
• visitor 对象若含状态（比如捕获外部变量的 lambda），需确认其生命周期覆盖 visit 调用；临时 lambda 没问题，但局部 struct 引用外部栈变量就危险

替代虚函数多态时的关键设计权衡

用 std::variant + std::visit 替代基类指针/引用 + 虚函数，本质是从“运行时开放扩展”转向“编译期封闭枚举”。这意味着：

• 新增类型需修改 variant 定义、所有 visitor 实现、所有 switch-like 分支 —— 不适合插件化或未知子类场景
• 没有对象生命周期管理开销（不用 new/delete，无虚表指针，缓存友好）
• 编译器更容易内联 visitor 中的每个分支，实际性能常优于虚调用
• 无法实现“向上转型”或“动态添加行为”，比如不能把 std::variant 隐式转成 std::variant

所以它不是万能多态替代品，而是当你明确知道所有可能类型、且追求零成本抽象时的精准工具。

最常被忽略的是：variant 的“类型集合”一旦固定，就锁死了整个访问契约。改一个类型，所有 visitor 都得同步更新——这既是约束，也是文档。