C++ variant类型 C++ 类型安全的联合体使用【泛型】

std::variant 是类型安全的联合体，核心区别在于自动管理活跃成员的构造与析构；裸 union 不跟踪状态、不调用构造/析构函数，易导致未定义行为。

什么是 std::variant，它和 union 本质区别在哪

std::variant 是 C++17 引入的类型安全联合体，不是 union 的语法糖。核心区别在于：它**自动管理当前活跃成员的构造与析构**，而裸 union 不跟踪状态、不调用构造/析构函数，极易导致未定义行为。

常见错误现象：直接在 union 里放 std::string 或带非平凡析构函数的类型，读写错分支后程序崩溃或内存泄漏；std::variant 会阻止这类误用——编译器强制你处理所有可能类型，且切换值时自动调用旧值析构、新值构造。

• 必须显式初始化（如 std::variant v = 42;），不能留空
• 不支持引用类型、数组类型、CV 限定类型（如 const int）作为备选项
• 底层仍用一块连续内存，但空间取各类型 sizeof 最大值 + 对齐开销，比裸 union 稍大

如何安全访问 std::variant 中的值：别只用 std::get

std::get(v) 在运行时类型不匹配时抛出 std::bad_variant_access，不是编译错误。线上环境一旦触发，进程直接终止——这不是“安全”，是延迟报错。

真正安全的做法是配合 std::holds_alternative 检查，或更推荐使用 std::visit + lambda 实现模式匹配：

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

• std::get(v) 或 std::get(v) 仅适合确定类型且能接受异常的调试场景
• std::visit 是零成本抽象，编译期分发，无虚函数开销
• lambda 必须能处理 std::variant 所有备选项，漏一个编译失败——这才是类型安全的体现

泛型场景下怎么让 std::variant 更好用

泛型代码常需构造、转换、比较 variant，硬编码类型列表不可维护。关键点在于：把类型列表抽成模板参数包，再用 decltype 和折叠表达式驱动逻辑。

例如实现一个通用的“是否为某类值”的检查函数：

template
constexpr bool is_one_of(const V& v) {
    return (std::holds_alternative(v) || ...);
}
// 用法：is_one_of(v)

• 避免手动展开 std::holds_alternative(v) || std::holds_alternative(v) || ...
• 自定义比较操作符（如 operator==）必须对每对类型组合提供特化，否则默认行为是“仅当同类型且值相等”才返回 true
• 若需序列化，不要遍历 std::variant 内部——它不公开存储细节；应通过 std::visit 分发到各类型的序列化逻辑

容易被忽略的陷阱：异常安全与移动语义

std::variant 的赋值和构造可能抛异常（比如 std::string 构造失败），而它的异常规范是 noexcept 仅当所有备选项的对应操作都 noexcept。这直接影响你能否把它放进 std::vector 并保证强异常安全。

• 若其中任一类型（如 std::vector）的移动构造可能抛异常，则 std::variant 的移动赋值也非 noexcept
• 用 std::move 赋值时，原 variant 会进入“值破坏”状态（valueless_by_exception），此时调用 std::visit 会抛异常——必须先用 v.valueless_by_exception() 检查
• 没有默认构造函数的类型（如仅含 explicit 构造函数的类）可作为备选项，但 std::variant 本身无法默认构造，除非你显式提供默认值

复杂点不在语法，而在你是否意识到：每个备选项的异常行为、移动语义、生命周期，都在静默影响整个 variant 的可靠性。