c++的std::variant怎么用 类型安全的union【详解】

std::variant 是 C++17 引入的类型安全联合体，运行时明确持有且仅持有一种预定义类型，自动管理构造/析构、禁止隐式转换，并通过 std::visit 或 std::get 安全访问。

std::variant 是 C++17 引入的类型安全联合体（type-safe union），它能在一个对象中存储多种不同类型中的某一种，并在运行时明确知道当前存的是哪个类型，彻底避免了传统 union 的未定义行为和手动管理类型的麻烦。

核心特点：安全、明确、可访问

与裸 union 不同，std::variant 自动管理构造/析构、禁止隐式转换、提供编译期类型检查和运行时状态查询。它不是“多个值共存”，而是“**一个值，但可能是其中某一种类型**”。

• 只能持有模板参数列表中声明的类型之一（如 std::variant）
• 默认初始化为第一个类型的默认值（如 int{}），也可用 std::monostate 表示空状态
• 访问前必须确认当前持有的类型，否则抛出 std::bad_variant_access

基本用法：构造、赋值、获取值

构造方式灵活，支持直接初始化、拷贝/移动、甚至聚合初始化（C++20 起）：

std::variant v1 = 42;           // 推导为 int
std::variant v2{"hello"};      // 推导为 string
std::variant v3 = std::string{"world"}; // 显式构造
v1 = std::string{"changed"};                    // 赋值会自动销毁旧值、构造新值

获取值推荐使用 std::get(v) 或 std::get(v)（I 为索引），但需确保类型匹配：

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• std::get(v1) —— 按类型取，若当前不是 int 则抛异常
• std::get(v1) —— 按索引取（int 是第 0 个），同样校验类型
• std::holds_alternative<:string>(v1) 可先判断是否持有某类型

安全访问：std::visit 是最佳实践

最推荐的方式是用 std::visit 配合 lambda 或函数对象——它自动分发到当前实际类型，类型安全且无需手动判断：

std::variant v = 3.14;

std::visit([](const auto& x) {
    using T = std::decay_t;
    if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "int: " << x << '\n';
    } else if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "string: " << x << '\n';
    } else if constexpr (std::is_same_v) {
        std::cout << "double: " << x << '\n';
    }
}, v);

这种写法利用了 C++17 的 constexpr if，在编译期裁剪分支，零开销且类型完整覆盖。也可以用重载的函数对象（如 struct Visitor { void operator()(int){} void operator()(const std::string&){} }）。

常见陷阱与注意事项

• std::variant 不允许包含自身类型（如 std::variant>），但可通过 std::unique_ptr 间接实现递归结构
• 所有备选类型必须满足可析构、可移动（大部分情况也要求可复制），且不能是抽象类或数组类型
• 默认构造的 variant 总是初始化为第一个类型的默认值；若不想默认初始化任何类型，可用 std::variant<:monostate t1 t2>
• 注意 std::get_if(v) 返回指针，可用于安全试探性访问（不抛异常）