C++的optional解析

C++的optional解析_c++ optional-优快云博客

C++标准库中的灵活工具 —— 探索std::optional的妙用_c++ std::optional-优快云博客

在现代 C++ 中，std::optional是一个功能强大且灵活的工具，帮助显著提高代码的安全性和可读性。它不仅能够帮助开发者简洁地表达“值可选”的场景，还能实现变量的延迟初始化。在这篇文章中，我们将通过若干实例深入探讨std::optional的常见应用场景和核心接口函数，以及如何用它实现延迟初始化。此外，我们还会分析一些使用std::optional时的常见错误，帮助你避免陷阱并更好地在项目中应用这一工具。

问题引出
思考这样一个实际例子：假设现在有一个给定的C++数组（用vector表示），你需要编写一个函数在这个数组中搜索某个元素（用element表示）并返回它的位置。

这个问题的一般解法是：遍历这个数组中的元素，逐个与给定的元素值相比较。如果找到该元素，则返回元素的位置，如果没有找到，则用-1表示。代码如下：

#include <vector>
 
int findElement(const std::vector<int>& container, int element) {
    for (int i = 0; i < container.size(); ++i) {
        if (container[i] == element) {
            return i; // 找到该元素，返回元素所在的位置index
        }
    }
    return -1; // 元素未找到，返回-1
}

这种做法非常简洁明了，但是缺点在于需要依赖特殊值（在此为-1）来表示“未找到”这一特殊情况。在std::optional被引入以前，通常的做法是使用0，-1或std::nullptr来表示这种特殊情况，但是这些这种做法也存在产生歧义的可能。如果一时忘记了这种特殊规定，则可能产生无法预料的错误。

何为std::optional
std::optional是在 C++17 中引入的一种模板类型，模板类为std::optional<T>。它提供了一种高效的方式来表示“可选”值，意味着一个变量可能有值，也可能没有值。

回到上面的例子，如果使用std::optional来改写上面的代码，则代码如下：
 

#include <optional>
#include <vector>
 
std::optional<size_t> findElement(const std::vector<int>& container, int element) {
    for (size_t i = 0; i < container.size(); ++i) {
        if (container[i] == element) {
            return i; // 找到该元素，返回元素所在的位置index
        }
    }
    return std::nullopt; // 无法找到元素，返回空
}

与传统的处理方式相比，std::optional提供了以下优点：

1. 简洁直观，代码可读性更高 —— 明确表达了函数的返回值可能不存在的情况
2. 减少空指针异常和其他错误，因为std::optional对象明确声明其存在或不存在的状态

#include <iostream>
#include <optional>
#include <vector>
 
std::optional<size_t> findElement(const std::vector<int>& container, int target) {
    for (size_t i = 0; i < container.size(); ++i) {
        if (container[i] == target) {
            return i;
        }
    }
    return std::nullopt;
}
 
int main() {
    std::vector<int> data = {10, 20, 30, 40};
    auto result = findElement(data, 30);
 
    if (result.has_value()) {
        std::cout << "元素对应的位置为: " << result.value() << std::endl;
    } else {
        std::cout << "没有找到元素" << std::endl;
    }
 
    return 0;
}

has_value用于检查 std::optional 是否包含值，value用于获取值。

#include <iostream>
#include <optional>
using namespace std;

int main()
{
  std::optional<int> pp = 1;
  if (pp) {
      cout << *pp << endl; // 1
  }

  pp = nullopt;
  if (pp) {
      cout << *pp << endl; // 不输出
  }
}