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C++的std::any如何存储任意类型的数据? (类型擦除进阶)

穿越時空

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发布时间:2026-02-10 12:59:21

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来源于php中文网

原创

std::any通过类型擦除实现存任何类型:用void*指针+函数指针表管理操作,对象大小固定;取值必须用std::any_cast因仅保存type_info而非类型名;性能开销主要在动态分配和虚调用;有限类型应优先用std::variant。

c++的std::any如何存储任意类型的数据? (类型擦除进阶)

std::any 是怎么做到“存任何类型”的?

它靠的是类型擦除(type erasure):把具体类型的信息藏在内部对象里,对外只暴露统一接口。底层用 void* 指针 + 函数指针表(vtable-like)管理构造、析构、拷贝等操作,不是靠模板实例化泛滥撑起来的。

关键点在于——std::any 对象本身不模板化,但构造时会根据传入类型生成对应的擦除实现;每次赋值都会触发新类型的擦除封装。

  • 赋值 int,就封装一个能管住 int 生命周期的内部对象
  • 再赋值 std::string,旧的 int 被析构,新的 std::string 被完整复制进去
  • 所有类型都走同一套接口,std::any 实例大小固定(通常是 16 或 32 字节,取决于平台和 libc++/libstdc++)

为什么 std::any 不能直接取值,必须用 std::any_cast?

std::any 不提供泛型 get() 接口,是因为它不保存运行时类型名(比如没存 "std::string" 字符串),只保存类型 ID(std::type_info),而 std::any_cast 是唯一能做安全向下转型的入口。

常见错误现象:std::any_cast(a)a 实际存的是 double 时,返回空指针(指针版本)或抛 std::bad_any_cast(引用版本)——这不是 bug,是设计使然。

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  • 用指针版 std::any_cast(&a) 可以判空,适合不确定类型的场景
  • 用引用版 std::any_cast(a) 更快,但一旦类型不对就崩溃,适合你 100% 确认类型时
  • 别试图绕过 std::any_cast 直接解引用内部 void*,那等于手动撕掉类型安全层

std::any 的性能开销主要在哪?

不是模板膨胀,而是动态内存分配和虚函数调用。小类型(如 intbool)可能被优化进对象内(small object optimization),但超过阈值(通常 8–16 字节)就会堆分配。

影响明显的场景:高频构造/赋值/访问(比如循环里反复塞不同类型的值),或者存大量大对象(如 std::vector)。

  • 避免在 tight loop 中反复 a = x;,尤其 x 类型经常变化
  • 如果只在初始化后读一次,开销可接受;如果每帧都 std::any_cast,且类型固定,不如直接用具体类型或 std::variant
  • libstdc++ 和 libc++ 实现细节不同:前者对小类型更激进地使用 SOO,后者某些版本可能多一次函数指针跳转

std::any 和 std::variant 哪个更适合你?

std::any 是“运行时任意类型”,std::variant 是“编译期枚举类型集合”。选错会导致维护成本陡增。

典型误用:用 std::any 存固定几种类型(比如只可能是 intdoublestd::string),结果每次取值都要写一串 if (a.type() == typeid(int)) { ... } ——这已经退化成手工 union,还丢了 std::variant 的访问安全和 constexpr 支持。

  • 已知有限类型集合 → 无条件选 std::variant
  • 真需要接收用户插件、脚本返回值、配置项等不可预知类型 → 才轮到 std::any
  • std::any 不支持比较(==)、哈希、序列化,这些都得你自己补;std::variant 可以靠 std::visit 统一处理
类型擦除不是魔法,std::any 把复杂性藏在了构造和转换里。最容易被忽略的是:它不解决“怎么知道该 cast 成什么”,这个责任始终在调用方手上。

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