C++代数数据类型详解（使用std::variant实现类型安全的多态数据结构）

而 std::variant 提供了一种类型安全的方式来封装多个互斥的类型，是实现C++代数数据类型的理想选择。

std::variant 基础用法

首先，你需要包含头文件 <variant>。下面是一个简单的例子：

#include <iostream>#include <variant>#include <string>int main() {    // 定义一个可以是 int 或 std::string 的 variant    std::variant<int, std::string> data;    // 默认构造为第一个类型（int），值为0    std::cout << "默认值（int）: " << std::get<int>(data) << std::endl;    // 赋值为 string    data = std::string("Hello, ADT!");    // 使用 std::holds_alternative 判断当前类型    if (std::holds_alternative<std::string>(data)) {        std::cout << "当前是字符串: "                   << std::get<std::string>(data) << std::endl;    }    return 0;}

这段代码展示了如何声明、赋值和安全地访问 std::variant 中的值。注意，直接使用 std::get 如果类型不匹配会抛出异常，因此建议先用 std::holds_alternative 检查。

使用 std::visit 实现模式匹配

更优雅的方式是使用 std::visit 配合 lambda 表达式，实现类似函数式语言中的“模式匹配”：

#include <iostream>#include <variant>#include <string>using Result = std::variant<int, std::string>;void processResult(const Result& res) {    std::visit([](const auto& value) {        using T = std::decay_t<decltype(value)>;        if constexpr (std::is_same_v<T, int>) {            std::cout << "成功，结果为整数: " << value << std::endl;        } else if constexpr (std::is_same_v<T, std::string>) {            std::cout << "失败，错误信息: " << value << std::endl;        }    }, res);}int main() {    Result ok = 42;    Result err = std::string("网络超时");    processResult(ok);  // 输出：成功，结果为整数: 42    processResult(err); // 输出：失败，错误信息: 网络超时    return 0;}

这种方式不仅简洁，而且编译期就能确保所有类型都被处理，极大提升了C++类型安全性。

实战：模拟 Rust 的 Result 类型

我们可以用 std::variant 和模板来模拟 Rust 中广受欢迎的 Result<T, E> 类型，这是C++ std::variant教程中的经典案例：

template<typename T, typename E>class Result {private:    std::variant<T, E> data_;public:    // 构造成功值    Result(T value) : data_(std::move(value)) {}    // 构造错误值    Result(E error) : data_(std::move(error)) {}    bool is_ok() const {        return std::holds_alternative<T>(data_);    }    bool is_err() const {        return std::holds_alternative<E>(data_);    }    T unwrap() const {        if (!is_ok()) throw std::runtime_error("Attempted to unwrap error");        return std::get<T>(data_);    }    E get_error() const {        if (!is_err()) throw std::runtime_error("No error to get");        return std::get<E>(data_);    }};// 使用示例Result<int, std::string> divide(int a, int b) {    if (b == 0) {        return Result<int, std::string>(std::string("除零错误"));    }    return Result<int, std::string>(a / b);}

通过这种方式，你的C++代码将更加健壮、可读，并具备函数式风格的表达能力。

总结

std::variant 是C++17带来的重要特性，它让我们能够以类型安全的方式实现C++代数数据类型。无论是处理返回值、解析配置，还是构建状态机，它都能显著提升代码的清晰度与安全性。掌握 std::variant 和 std::visit，是你迈向现代C++开发的重要一步。

希望这篇 C++ std::variant教程 能帮助你理解并应用代数数据类型。动手试试吧！