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标准库标头＜optional＞ (C++17)学习之optional

news 2025/8/5 11:24:00

类模板 std::optional 管理一个可选的所含值，即既可以存在也可以不存在的值。

一种常见的 optional 使用情况是作为可能失败的函数的返回值。与如 std::pair<T, bool> 等其他手段相比，optional 可以很好地处理构造开销高昂的对象，并更加可读，因为它明确表达了意图。

optional<T> 的任何实例在任意给定时间点要么含值，要么不含值。

如果一个 optional<T> 含值，那么保证该值作为 optional 对象所用空间的一部分分配，即不会发生动态内存分配。因此，optional 对象模拟的是对象而非指针，尽管定义了 operator*() 和 operator->() 运算符。

当一个 optional<T> 类型的对象被按语境转换到 bool 时，若对象含值则转换返回 true，若它不含值" 则返回 false。

optional 对象在下列条件下含值：

对象被以 T 类型的值或另一含值的 optional 初始化/赋值。

对象在下列条件下不含值：

对象被默认初始化。
对象被以 std::nullopt_t 类型的值或不含值 的 optional 对象初始化/赋值。
调用了成员函数 reset()。

不存在可选的引用、函数、数组或 cv void：如果以这些类型实例化 optional，那么程序非良构。另外，如果以（可有 cv 限定的）标签类型 std::nullopt_t 或 std::in_place_t 实例化 optional，那么程序非良构。

成员函数

(构造函数)	构造 `optional` 对象 (公开成员函数)
(析构函数)	销毁容纳的值（如果存在） (公开成员函数)
operator=	对内容赋值 (公开成员函数)
观察器
operator->operator*	访问所含值 (公开成员函数)
operator boolhas_value	检查对象是否含值 (公开成员函数)
value	返回所含值 (公开成员函数)
value_or	在所含值可用时返回它，否则返回另一个值 (公开成员函数)
修改器
swap	交换内容 (公开成员函数)
reset	销毁任何所含值 (公开成员函数)
emplace	原位构造所含值 (公开成员函数)

非成员函数

make_optional

(C++17)

创建一个 optional 对象
(函数模板)

示例代码：

#include <iostream>
#include <optional>
#include <string>
#include <iomanip>
#include <cstdlib>
#include <vector>#pragma warning(disable:4996)// optional 可用作可能失败的工厂的返回类型
std::optional<std::string> create(bool b)
{if (b)return "Godzilla";return {};
}// 能用 std::nullopt 创建任何（空的）std::optional
auto create2(bool b)
{return b ? std::optional<std::string>{"Godzilla"} : std::nullopt;
}std::optional<const char*> maybe_getenv(const char* n)
{if (const char* x = std::getenv(n))return x;elsereturn {};
}struct A
{std::string s;A(std::string str) : s(std::move(str)) { std::cout << " 已构造\n"; }~A() { std::cout << " 已析构\n"; }A(const A& o) : s(o.s) { std::cout << " 被复制构造\n"; }A(A&& o) : s(std::move(o.s)) { std::cout << " 被移动构造\n"; }A& operator=(const A& other){s = other.s;std::cout << " 被复制赋值\n";return *this;}A& operator=(A&& other){s = std::move(other.s);std::cout << " 被移动赋值\n";return *this;}
};struct B
{std::string s;B(std::string str) : s(std::move(str)), id{ n++ } { note("+ 构造"); }~B() { note("~ 析构"); }B(const B& o) : s(o.s), id{ n++ } { note("+ 复制构造"); }B(B&& o) : s(std::move(o.s)), id{ n++ } { note("+ 移动构造"); }B& operator=(const B& other){s = other.s;note("= 复制赋值");return *this;}B& operator=(B&& other){s = std::move(other.s);note("= 移动赋值");return *this;}inline static int n{};int id{};void note(std::string s) { std::cout << "  " << s << " #" << id << '\n'; }
};int main()
{std::cout << "create(false) 返回 "<< create(false).value_or("empty") << '\n';// 返回 optional 的工厂函数可用作 while 和 if 的条件if (auto str = create2(true))std::cout << "create2(true) 返回 " << *str << '\n';//operator= example std::optional<const char*> s1 = "abcefg", s2; // 构造函数s2 = s1; // 赋值s1 = "hijklm"; // 衰变赋值（U = char[4], T = const char*）std::cout << *s2 << ' ' << *s1 << '\n';//std::optional<T>::operator->, std::optional<T>::operator*  exampleusing namespace std::string_literals;std::optional<int> opt1 = 1;std::cout << "opt1: " << *opt1 << '\n';*opt1 = 2;std::cout << "opt1: " << *opt1 << '\n';std::optional<std::string> opt2 = "abc"s;std::cout << "opt2: " << std::quoted(*opt2) << ", size: " << opt2->size() << '\n';// 你能通过在到 optional 的右值上调用 operator* “取”其所含值auto taken = *std::move(opt2);std::cout << "taken: " << std::quoted(taken) << "\n""opt2: " << std::quoted(*opt2) << ", size: " << opt2->size() << '\n';//std::optional<T>::operator bool, std::optional<T>::has_value examplestd::cout << std::boolalpha;std::optional<int> opt;std::cout << opt.has_value() << '\n';opt = 43;if (opt)std::cout << "设置值为 " << opt.value() << '\n';elsestd::cout << "未设置值\n";opt.reset();if (opt.has_value())std::cout << "值仍被设为 " << opt.value() << '\n';elsestd::cout << "不再设置值\n";//std::optional<T>::value examplestd::optional<int> opt3 = {};try{[[maybe_unused]] int n = opt3.value();}catch (const std::bad_optional_access& e){std::cout << e.what() << '\n';}try{opt3.value() = 42;}catch (const std::bad_optional_access& e){std::cout << e.what() << '\n';}opt3 = 43;std::cout << *opt3 << '\n';opt3.value() = 44;std::cout << opt3.value() << '\n';//std::optional<T>::value_or  examplestd::cout << maybe_getenv("SHELL").value_or("(none)") << '\n';std::cout << maybe_getenv("MYPWD").value_or("(none)") << '\n';//std::optional<T>::swap examplestd::optional<std::string> opt4("First example text");std::optional<std::string> opt5("2nd text");enum Swap { Before, After };auto print_opts = [&](Swap e) {std::cout << (e == Before ? "交换前:\n" : "交换后:\n");std::cout << "opt1 含有 '" << opt4.value_or("") << "'\n";std::cout << "opt2 含有 '" << opt5.value_or("") << "'\n";std::cout << (e == Before ? "---SWAP---\n" : "\n");};print_opts(Before);opt4.swap(opt5);print_opts(After);// 在仅一者含值时交换opt4 = "Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur tincidunt.";opt5.reset();print_opts(Before);opt4.swap(opt5);print_opts(After);//std::optional<T>::reset examplestd::cout << "创建空 optional:\n";std::optional<A> opt6;std::cout << "创建并赋值:\n";opt6 = A("Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit nec.");std::cout << "重置 optional:\n";opt6.reset();std::cout << "A示例结束\n";//emaplace examplestd::optional<B> opt7;std::cout << "赋值:\n";opt7 = B("Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit nec.");std::cout << "放置:\n";// 由于 opt 含值，这亦将销毁该值opt7.emplace("Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur efficitur. ");std::cout << "B示例结束\n";//std::make_optional exampleauto op8 = std::make_optional<std::vector<char>>({ 'a','b','c' });std::cout << "op1: ";for (char c : op8.value())std::cout << c << ',';auto op9 = std::make_optional<std::vector<int>>(5, 2);std::cout << "\nop2: ";for (int i : *op9)std::cout << i << ',';std::string str{ "hello world" };auto op10 = std::make_optional<std::string>(std::move(str));std::cout << "\nop3: " << quoted(op10.value_or("empty value")) << '\n';std::cout << "str: " << std::quoted(str) << '\n';}

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