C++17之std::any的具体使用
作者：云洞
一般来说，c++是一种具有类型绑定和类型安全性的语言。值对象声明为具有特定类型，该类型定义哪些操作是可能的以及它们的行为方式。值对象不能改变它们的类型。
std: any是一种值类型，它能够更改其类型，同时仍然具有类型安全性。也就是说，对象可以保存任意类型的值，但是它们知道当前保存的值是哪种类型。在声明此类型的对象时，不需要指定可能的类型。
诀窍在于，对象同时拥有包含的值和使用typeid包含值的类型。因为这个值可以有任何大小，所以可以在堆上分配内存，鼓励实现避免小对象的动态分配。也就是说，如果分配一个字符串，对象将为该值分配内存并复制该字符串，同时也在内部存储分配的字符串。稍后，可以执行运行时检查来确定当前值的类型，并使用any_cast<该值的类型>获取值。
1. 使用std::any
下面的例子演示了std::any:
std::any a; // a is empty
std::any b = 4.3; // b has value 4.3 of type double
a = 42; // a has value 42 of type int
b = std::string{"hi"}; // b has value "hi" of type std::string
if (a.type() == typeid(std::string))
{
std::string s = std::any_cast<std::string>(a);
useString(s);
}
else if (a.type() == typeid(int))
{
useInt(std::any_cast<int>(a));
}可以声明std::any为空或由特定类型的值初始化。初始值的类型成为所包含值的类型。通过使用成员函数type()，可以根据任何类型的类型ID检查所包含值的类型。如果对象是空的，对象类型ID是typeid(void)。要访问包含的值，可以通过std::any_cast<对象类型>的方式：
auto s = std::any_cast<std::string>(a);
如果转换失败，因为对象为空或包含的类型不匹配，则抛出std::bad_any_cast。因此，在不检查或不知道类型的情况下，最好实现以下功能:
try {
auto s = std::any_cast<std::string>(a);
...
}
catch (std::bad_any_cast& e) {
std::cerr << "EXCEPTION: " << e.what() << '\n';
}注意，std::any_cast<>创建了一个传递类型的对象。如果将std::string作为模板参数传递给std::any_cast<>，它将创建一个临时string(一个prvalue)，然后用它初始化新对象s。如果没有这样的初始化，通常最好转换为引用类型，以避免创建临时对象:
std::cout << std::any_cast<const std::string&>(a);
要修改该值，需要转换为对应的引用类型:
std::any_cast<std::string&>(a) = "world";
还可以为std::any对象的地址调用std::any_cast。在这种情况下，如果类型匹配，则强制转换返回相应的地址指针;如果不匹配，则返回nullptr:
auto p = std::any_cast<std::string>(&a);
if (p) {
...
}例1：
#include <iostream>
#include <any>
int main()
{
std::any i = 42;
const auto ptr = std::any_cast<int>(&i);
if (ptr)
{
std::cout << ptr << std::endl;
}
return 0;
}结果如下：
要清空现有std::任何可以调用的对象:
方法1：a.reset(); // makes it empty
方法2：a = std::any{};
方法3： a = {};
可以直接检查对象是否为空:
if (a.has_value()) {
...
}还要注意，值是使用衰减类型存储的(数组转换为指针，忽略顶层引用和const)。对于字符串常量，这意味着值类型是const char*。要检查type()并使用std::any_cast<>，必须使用以下类型:
std::any a = "hello"; // type() is const char*
if (a.type() == typeid(const char*)) { // true
...
}
if (a.type() == typeid(std::string)) { // false
...
}
std::cout << std::any_cast<const char*>(v[1]) << '\n'; // OK
std::cout << std::any_cast<std::string>(v[1]) << '\n'; // EXCEPTIONstd::any没有定义比较运算符(因此，不能比较或排序对象)，没有定义hash函数，也没有定义value()成员函数。由于类型只在运行时才知道，所以不能使用泛型lambdas处理与类型无关的当前值。总是需要运行时函数std::any_cast<>来处理当前值。
然而，可以将std::任何对象放入容器中。
例2:
#include <iostream>
#include <vector>
#include <any>
int main()
{
std::vector<std::any> v;
v.push_back(42);
std::string s = "hello";
v.push_back(s);
for (const auto& a : v) {
if (a.type() == typeid(std::string)) {
std::cout << "string: " << std::any_cast<const std::string&>(a) << '\n';
}
else if (a.type() == typeid(int)) {
std::cout << "int: " << std::any_cast<int>(a) << '\n';
}
}
}结果如下：
2. std::any类型和操作
本节详细描述std::any的类型和操作。
2.1 std::any的类型
在头文件<any>中，c++标准库定义了类std::any，如下所示:
namespace std {
class any;
}也就是说，std::any根本不是类模板。
此外，定义了以下类型和对象:
如果类型转换失败，则抛出异常类型std::bad_any_cast,它派生自std::bad_cast,而std::bad_cast派生自std::exception。
any对象还可以使用<utility>中定义的对象std::in_place_type(类型为std::in_place_type_t)。
2.2 std::any操作
std::any操作
| 函数 | 说明 |
| constructors | 创建一个any对象(可能调用底层类型的构造函数) |
| make_any() | 创建一个any对象(传递值来初始化它) |
| destructor | 销毁any对象 |
| = | 分配一个新值 |
| emplace<T>() | 分配一个类型为T的新值 |
| reset() | 销毁any对象的值(使对象为空) |
| has_value() | 返回对象是否具有值 |
| type() | 返回当前类型为std::type_info对象 |
| any_cast<T>() | 使用当前值作为类型T的值(如果其他类型除外) |
| swap() | 交换两个any对象的值 |
1. 构造函数
默认情况下，std::any的初始值为空。
std::any a1; // a1 is empty
如果传递一个值进行初始化，则将其衰减类型用作所包含值的类型:
std::any a2 = 42; // a2 contains value of type int std::any a3 = "hello"; // a2 contains value of type const char*
要保存与初始值类型不同的类型，必须使用in_place_type标记:
std::any a4{std::in_place_type<long>, 42};
std::any a5{std::in_place_type<std::string>, "hello"};即使传递给in_place_type的类型也会衰减。下面的声明包含一个const char*:
std::any a5b{std::in_place_type<const char[6]>, "hello"};要通过多个参数初始化可选对象，必须创建该对象或将std::in_place_type添加为第一个参数(不能推断包含的类型):
std::any a6{std::complex{3.0, 4.0}};
std::any a7{std::in_place_type<std::complex<double>>, 3.0, 4.0};甚至可以传递一个初始化器列表，后面跟着附加的参数:
// initialize a std::any with a set with lambda as sorting criterion:
auto sc = [] (int x, int y) { return std::abs(x) < std::abs(y);};
std::any a8{std::in_place_type<std::set<int,decltype(sc)>>, {4, 8, -7, -2, 0, 5}, sc};注意，还有一个方便的函数make_any<>()，它可以用于单个或多个参数(不需要in_place_type参数)。必须显式指定初始化的类型(如果只传递一个参数，则不会推导出初始化的类型):
auto a10 = std::make_any<float>(3.0);
auto a11 = std::make_any<std::string>("hello");
auto a13 = std::make_any<std::complex<double>>(3.0, 4.0);
auto a14 = std::make_any<std::set<int,decltype(sc)>>({4, 8, -7, -2, 0, 5}, sc);2. 访问值
要访问包含的值，必须使用std::any_cast<>将其转换为其类型。将该值转换为一个字符串，有几个选项:
std::any_cast<std::string>(a) // yield copy of the value std::any_cast<std::string&>(a); // write value by reference std::any_cast<const std::string&>(a); // read-access by reference
在这里，如果转换失败，将抛出std::bad_any_cast异常。
如果把std::any中所包含的类型转换为移除了传递类型的顶层引用后的类型ID，则转换类型是适合的。如下：
#include <iostream>
#include <string>
#include <any>
int main()
{
const auto& s = std::make_any<std::string>("hello");
if (s.type() == typeid(std::string))//删除顶层cosnt和引用后的类型
{
auto a = std::any_cast<std::string>(s);
std::cout << a << std::endl;
}
return 0;
}结果如下：
如果类型不匹配转换失败了，传递一个地址将会返回nullptr：
auto a = std::make_any<std::string>("hello");
std::any_cast<std::string>(&a) // write-access via pointer
std::any_cast<const std::string>(&a); // read-access via pointer注意，这里转换到引用会导致运行时错误:
std::any_cast<std::string&>(&a); // RUN-TIME ERROR
3. 修改值
相应的赋值和emplace()操作。例如:
#include <iostream>
#include <string>
#include <any>
#include <complex>
int main()
{
std::any a;
a = 42; // a contains value of type int
a = "hello"; // a contains value of type const char*
a.emplace<std::string>("hello world");// a contains value of type std::string
return 0;
}结果如下：
4. 移动语法
std: any也支持移动语义。但是，请注意，move语义必须满足包含的类型具有可复制构造函数。也就是说，不支持只移动类型作为包含值类型。处理move语义的最佳方法可能并不明显。所以，你应该这样做:
std::string s("hello, world!");
std::any a;
a = std::move(s); // move s into a
s = std::move(std::any_cast<string&>(a)); // move assign string in a to s与通常的从对象移动的情况一样，在最后一次调用之后，所包含的值a是未指定的。因此，可以使用a作为字符串，只要没有对所包含的字符串值的值做任何假设。
注意：
s = std::any_cast<string>(std::move(a));
也可以，但需要一个额外的移动。然而，以下内容是危险的(尽管它是c++标准中的一个例子):
std::any_cast<string&>(a) = std::move(s2); // OOPS: a to hold a string
只有当包含的值已经是字符串时，才可以这样做。如果没有，转换将抛出一个std::bad_any_cast异常。
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