std::optional 是 C++17 引入的一个标准库特性，提供了一种简单的方式来表示一个可能存在或不存在的值。它可以用于替代指针或其他机制，以更安全和更清晰的方式处理可选值。
1. 基本概念
std::optional<T> 是一个模板类，其中 T 是存储的值的类型。std::optional 可以包含一个值，或者不包含值（即为空）。这使得它非常适合用于函数返回值，表示函数可能成功返回一个值，也可能失败。
2. 主要特性
- 构造和赋值: 可以通过默认构造函数创建一个空的
std::optional，也可以通过值构造来创建一个包含值的std::optional。 - 检查值的存在性: 使用
has_value()或者布尔上下文来检查std::optional是否包含值。 - 访问值: 使用
value()方法获取值，如果没有值则抛出异常。可以使用value_or(default_value)方法提供一个默认值。 - 重置: 使用
reset()方法可以清空std::optional中的值。
3. 示例代码
以下是一个使用 std::optional 的示例：
#include <iostream>
#include <optional>
#include <string>std::optional<int> findValue(const std::string& key) {if (key == "valid") {return 42; // 返回一个有效值}return std::nullopt; // 返回空值
}int main() {// 使用 std::optionalstd::optional<int> result = findValue("valid");if (result.has_value()) {std::cout << "Found value: " << result.value() << std::endl;} else {std::cout << "Value not found." << std::endl;}// 使用默认值int value = findValue("invalid").value_or(0);std::cout << "Value: " << value << std::endl; // 输出: Value: 0return 0;
}
4. 代码说明
4.1. 函数 findValue:
- 该函数接受一个字符串参数
key，如果key是"valid"，则返回一个包含值42的std::optional<int>。如果key是其他值，则返回一个空的std::optional。
4.2. 主函数:
- 调用
findValue函数并检查返回的std::optional是否包含值。 - 使用
value_or(0)方法获取值，如果没有值则返回0。
5. 使用场景
- 函数返回值: 当函数可能返回一个有效值或失败时，使用
std::optional可以清晰地表示这一点。 - 配置和参数: 在需要可选参数的情况下，使用
std::optional可以使代码更具可读性。 - 避免指针: 使用
std::optional可以避免使用裸指针来表示可选值，从而减少潜在的空指针异常。
6. 注意事项
- 性能:
std::optional的开销通常很小，但在某些情况下（如存储大型对象时），可能会影响性能。使用时要考虑到这一点。 - 异常安全: 使用
value()方法时，如果std::optional为空，将抛出std::bad_optional_access异常。使用value_or()可以避免这种情况。
7、基于C++11实现一个简单的optional类
#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <type_traits>template <typename T>
class Optional {
public:// 默认构造函数，初始化为空Optional() : hasValue(false) {}// 值构造函数Optional(const T& value) : hasValue(true) {new (&storage) T(value); // Placement new}// 移动构造函数Optional(T&& value) : hasValue(true) {new (&storage) T(std::move(value)); // Placement new}// 拷贝构造函数Optional(const Optional& other) : hasValue(other.hasValue) {if (hasValue) {new (&storage) T(*reinterpret_cast<const T*>(&other.storage));}}// 移动赋值运算符Optional& operator=(Optional&& other) {if (this != &other) {reset(); // 清空当前值hasValue = other.hasValue;if (hasValue) {new (&storage) T(std::move(*reinterpret_cast<T*>(&other.storage)));}}return *this;}// 拷贝赋值运算符Optional& operator=(const Optional& other) {if (this != &other) {reset(); // 清空当前值hasValue = other.hasValue;if (hasValue) {new (&storage) T(*reinterpret_cast<const T*>(&other.storage));}}return *this;}// 析构函数~Optional() {reset();}// 检查是否有值bool has_value() const {return hasValue;}// 获取值T& value() {if (!hasValue) {throw std::runtime_error("No value present");}return *reinterpret_cast<T*>(&storage);}const T& value() const {if (!hasValue) {throw std::runtime_error("No value present");}return *reinterpret_cast<const T*>(&storage);}// 获取值或默认值T value_or(const T& defaultValue) const {return hasValue ? value() : defaultValue;}// 重置值void reset() {if (hasValue) {reinterpret_cast<T*>(&storage)->~T(); // 调用析构函数hasValue = false;}}private:alignas(T) char storage[sizeof(T)]; // 存储值的内存bool hasValue; // 是否有值
};使用示例：
// 示例使用
int main() {Optional<int> opt1; // 默认构造，空Optional<int> opt2(42); // 有值if (opt1.has_value()) {std::cout << "opt1 has value: " << opt1.value() << std::endl;} else {std::cout << "opt1 is empty." << std::endl;}if (opt2.has_value()) {std::cout << "opt2 has value: " << opt2.value() << std::endl;}// 使用 value_orstd::cout << "opt1 value or default: " << opt1.value_or(0) << std::endl; // 输出默认值 0return 0;
}
