C++ Boost Variant示例超详细讲解

一、提要

        Boost.Variant 提供了一个类似于 union 的名为 boost::variant 的类。您可以将不同类型的值存储在 boost::variant 变量中。在任何时候只能存储一个值。分配新值时，旧值将被覆盖。但是，新值的类型可能与旧值不同。唯一的要求是这些类型必须作为模板参数传递给 boost::variant，这样它们才能为 boost::variant 变量所知。

        boost::variant 支持任何类型。例如，可以将 std::string 存储在 boost::variant 变量中——这在 C++11 之前使用联合是不可能的。在 C++11 中，对联合的要求被放宽了。现在联合可以包含一个 std::string。因为 std::string 必须使用placement new 进行初始化，并且必须通过显式调用析构函数来销毁，所以使用 boost::variant 仍然有意义，即使在 C++11 开发环境中也是如此。

二、示例

        示例 24.1。使用 boost::variant

#include <boost/variant.hpp>
#include <string>
int main()
{
  boost::variant<double, char, std::string> v;
  v = 3.14;
  v = 'A';
  v = "Boost";
}

        boost::variant 在 boost/variant.hpp 中定义。因为 boost::variant 是一个模板，所以必须至少指定一个参数。一个或多个模板参数指定支持的类​​型。在示例 24.1 中，v 可以存储类型为 double、char 或 std::string 的值。但是，如果您尝试将 int 类型的值分配给 v，则生成的代码将无法编译。

        示例 24.2。使用 boost::get() 访问 boost::variant 中的值

#include <boost/variant.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
int main()
{
  boost::variant<double, char, std::string> v;
  v = 3.14;
  std::cout << boost::get<double>(v) << '\n';
  v = 'A';
  std::cout << boost::get<char>(v) << '\n';
  v = "Boost";
  std::cout << boost::get<std::string>(v) << '\n';
}

        要显示 v 的存储值，请使用独立函数 boost::get()（参见示例 24.2）。

        boost::get() 期望对应变量的有效类型之一作为模板参数。指定无效类型将导致运行时错误，因为类型验证不会在编译时进行。

        boost::variant 类型的变量可以写入标准输出流等流，从而绕过运行时错误的风险（参见示例 24.3）。

        示例 24.3。在流上直接输出 boost::variant

#include <boost/variant.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
int main()
{
  boost::variant<double, char, std::string> v;
  v = 3.14;
  std::cout << v << '\n';
  v = 'A';
  std::cout << v << '\n';
  v = "Boost";
  std::cout << v << '\n';
}

        对于类型安全的访问，Boost.Variant 提供了一个名为 boost::apply_visitor() 的函数。

        示例 24.4。使用访问者来提升::variant

#include <boost/variant.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
struct output : public boost::static_visitor<>
{
  void operator()(double d) const { std::cout << d << '\n'; }
  void operator()(char c) const { std::cout << c << '\n'; }
  void operator()(std::string s) const { std::cout << s << '\n'; }
};
int main()
{
  boost::variant<double, char, std::string> v;
  v = 3.14;
  boost::apply_visitor(output{}, v);
  v = 'A';
  boost::apply_visitor(output{}, v);
  v = "Boost";
  boost::apply_visitor(output{}, v);
}

        作为其第一个参数，boost::apply_visitor() 期望从 boost::static_visitor 派生的类的对象。此类必须为它所作用的 boost::variant 变量使用的每种类型重载 operator()。因此，在示例 24.4 中，运算符重载了 3 次，因为 v 支持 double、char 和 std::string 类型。

        boost::static_visitor 是一个模板。 operator() 的返回值类型必须指定为模板参数。如果运算符没有返回值，则不需要模板参数，如示例中所示。

        传递给 boost::apply_visitor() 的第二个参数是一个 boost::variant 变量。

        boost::apply_visitor() 自动为第一个参数调用 operator() ，该参数与当前存储在第二个参数中的值的类型相匹配。这意味着每次调用 boost::apply_visitor() 时，示例程序都会使用不同的重载运算符——首先是用于 double 的运算符，然后是用于 char 的运算符，最后是用于 std::string 的运算符。

        boost::apply_visitor() 的优点不仅在于自动调用正确的运算符。此外，boost::apply_visitor() 确保为 boost::variant 变量支持的每种类型都提供了重载运算符。如果未定义三个重载运算符之一，则无法编译代码。

        如果重载的运算符在功能上是等效的，则可以使用模板简化代码（参见示例 24.5）。

        示例 24.5。使用带有 boost::variant 函数模板的访问者

#include <boost/variant.hpp>
#include <string>
#include <iostream>
struct output : public boost::static_visitor<>
{
  template <typename T>
  void operator()(T t) const { std::cout << t << '\n'; }
};
int main()
{
  boost::variant<double, char, std::string> v;
  v = 3.14;
  boost::apply_visitor(output{}, v);
  v = 'A';
  boost::apply_visitor(output{}, v);
  v = "Boost";
  boost::apply_visitor(output{}, v);
}

        因为 boost::apply_visitor() 确保了编译时代码的正确性，所以应该优先于 boost::get()。

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