std optional 的使用
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std::optional 是 C++17 引入的一个标准库模板类，它提供了一种方式来表示一个值可能存在也可能不存在（即它的值是“可选的”）。它可以用于表示函数返回值可能为空的情况，避免直接使用指针或特殊值（如 nullptr 或 -1）来表示缺失的值。
1. std::optional 基本概念
std::optional<T> 是一个模板类，其中 T 是存储类型。当 std::optional 对象有值时，您可以像普通对象一样访问它的值；如果它没有值，则它处于“无效”状态。
它提供了两种状态：
- 有值：表示该
optional存储了一个类型为T的值。 - 无值：表示该
optional没有值，可以认为它是“空的”或“未定义的”。
2. std::optional 的基本用法
定义和初始化
#include <iostream>
#include <optional>
std::optional<int> get_value(bool should_return_value) {
if (should_return_value) {
return 42; // 有值
} else {
return std::nullopt; // 没有值
}
}
int main() {
auto val1 = get_value(true); // 有值
auto val2 = get_value(false); // 没有值
if (val1) {
std::cout << "val1: " << *val1 << std::endl; // 解引用获取值
} else {
std::cout << "val1 is empty" << std::endl;
}
if (val2) {
std::cout << "val2: " << *val2 << std::endl;
} else {
std::cout << "val2 is empty" << std::endl;
}
return 0;
}
在这个例子中，get_value 函数根据 should_return_value 参数的值来返回一个 std::optional<int>。如果返回值存在，就通过 return 42 返回一个有值的 optional；如果返回值不存在，使用 std::nullopt 表示返回一个没有值的 optional。
使用 std::optional 的成员函数
std::optional 提供了许多成员函数用于操作 optional 对象：
has_value()：检查optional是否有值。返回true表示有值，false表示没有值。value()：如果optional有值，返回存储的值；否则抛出std::bad_optional_access异常。value_or(T&& default_value)：如果optional有值，返回存储的值；否则返回提供的默认值。operator*和operator->：可以解引用optional以访问存储的值。
std::optional<int> maybe_value = 10;
if (maybe_value.has_value()) {
std::cout << "Value: " << maybe_value.value() << std::endl;
} else {
std::cout << "No value!" << std::endl;
}
std::optional<int> empty_value;
std::cout << "Value or default: " << empty_value.value_or(42) << std::endl; // 输出 42
3. std::optional 常用操作
- 初始化：
std::optional<T> opt;// 默认构造，表示没有值std::optional<T> opt = T(10);// 使用值初始化，表示有值std::optional<T> opt = std::nullopt;// 无值
- 检查是否有值：
if (opt) { // 或者 if (opt.has_value())
std::cout << *opt << std::endl;
}
- 解引用和访问值：
if (opt) {
std::cout << *opt << std::endl; // 解引用
}
- 提供默认值：
int value = opt.value_or(100); // 如果没有值，返回 100
- 重置值：
opt.reset(); // 使 opt 变为没有值的状态
4. 使用 std::optional 的注意事项
- 访问值时要小心：
std::optional可能没有值，直接访问没有值的optional（例如，使用opt或opt.value()）会导致未定义行为或抛出异常。因此，通常需要先检查optional是否有值。
if (opt) {
std::cout << *opt << std::endl;
} else {
std::cout << "opt does not have a value" << std::endl;
}
- 使用默认值： 使用
value_or可以提供一个默认值，避免异常抛出或访问无值的情况。
int value = opt.value_or(42); // 如果没有值，则返回 42
- 性能考虑： 使用
std::optional会有一些额外的内存开销，因为它需要在内部存储一个标志来指示是否有值。对于基本类型，optional会比直接使用值类型稍微慢一些。对于大型对象或者需要多次检查值的场景，可以考虑优化设计，减少不必要的optional使用。 - 与指针的比较：
std::optional<T>与指针（如std::unique_ptr<T>或裸指针）有所不同。optional只是表示一个值的“缺席”，而指针可能指向nullptr或指向一个对象。在设计中，根据需要选择是否使用optional或指针。 - 不能用作容器的成员： 由于
std::optional本身是一个包含类型的容器，不能将它作为容器成员来存储其他对象（例如std::vector<std::optional<T>>），否则会增加额外的内存开销和复杂度。可以考虑其他方式来存储可选类型。
总结
std::optional 是 C++17 中非常有用的工具，能够优雅地处理“可能无值”的情况。它通过明确的 API 提供了检查值存在与否、访问值、提供默认值等功能，减少了使用裸指针或特殊值来表示缺失值的错误。使用时要注意检查 optional 是否有值，避免访问无值的状态导致的异常或错误。