## 标题：C++17 中 std::variant 与 std::any 的深度比较与实际应用

作者

在 C++17 标准中，std::variant 与 std::any 两个类型包装器分别提供了“可变容器”和“无类型容器”的功能。虽然它们在表面上都能容纳不同类型的对象，但在使用场景、类型安全、性能以及异常安全方面有着本质区别。本文将通过对比分析这两者，给出实际项目中如何根据需求选择合适工具的指导。

一、基本定义

类型 主要作用 关键特性
std::variant<Ts...> 在预先声明的若干类型中，只能存放一个类型的值 编译时类型检查，get<T>()、std::visit
std::any 任何类型的对象（但类型信息不保留） 运行时类型检查，`any_cast
()`

二、类型安全

  • std::variant：编译时确定合法类型，错误的类型传递会导致编译失败。使用 `std::get

    ` 或 `std::visit` 时，若类型不匹配，抛出 `std::bad_variant_access`，但不会导致类型错误的运行时行为。

  • std::any：允许任何类型，但类型信息仅在运行时存储。若调用 `any_cast

    ` 传入错误类型，抛出 `std::bad_any_cast`。相比 variant，类型错误更难以在编译期捕获。

总结：如果类型范围固定且已知，推荐使用 std::variant；若类型动态且多变，std::any 更为灵活。

三、性能比较

场景 std::variant std::any
存储大小 取最大类型大小 + 对齐 + 额外标记（通常 1 byte） 对齐内存 + 对象大小 + 运行时类型信息
复制/移动 仅复制/移动实际类型，编译器生成更高效的拷贝构造 需要进行类型擦除，涉及 std::allocator 与 std::type_info 的管理
访问 std::visit 对多态调用做 switch 优化 any_cast 需要 typeid 对比，开销略大

在大多数性能敏感的应用中，std::variant 的开销更小；std::any 在需要完全动态类型时才有意义。

四、异常安全

  • std::variant：如果存储对象的构造或复制抛出异常，variant 会保持原有值不变；std::visit 也保证异常不会泄漏。
  • std::any：由于涉及运行时类型擦除，若构造异常，any 也会保持空态。但在 any_cast 时抛出异常，需谨慎捕获。

五、实际使用示例

1. 使用 std::variant 处理多种消息类型

#include <variant>
#include <string>
#include <iostream>

struct TextMsg { std::string text; };
struct ImageMsg { int width; int height; };
struct VideoMsg { std::string url; double duration; };

using Message = std::variant<TextMsg, ImageMsg, VideoMsg>;

void process(const Message& msg) {
    std::visit([](auto&& m){
        using T = std::decay_t<decltype(m)>;
        if constexpr (std::is_same_v<T, TextMsg>) {
            std::cout << "Text: " << m.text << '\n';
        } else if constexpr (std::is_same_v<T, ImageMsg>) {
            std::cout << "Image: " << m.width << "x" << m.height << '\n';
        } else if constexpr (std::is_same_v<T, VideoMsg>) {
            std::cout << "Video: " << m.url << " (" << m.duration << "s)\n";
        }
    }, msg);
}

2. 使用 std::any 存储配置项

#include <any>
#include <unordered_map>
#include <string>

class ConfigStore {
    std::unordered_map<std::string, std::any> map_;
public:
    template<typename T>
    void set(const std::string& key, T value) {
        map_[key] = std::move(value);
    }
    template<typename T>
    T get(const std::string& key) const {
        auto it = map_.find(key);
        if (it == map_.end()) throw std::runtime_error("Key not found");
        return std::any_cast <T>(it->second);
    }
};

六、何时选用？

场景 选用 说明
固定且已知多类型 std::variant 编译期检查，性能优
动态多类型，类型未知 std::any 灵活，但需要运行时检查
需要类型擦除 + 继承树 std::any 适合多态对象存储
需要高性能且类型受限 std::variant 最佳性能

七、常见陷阱

  1. **使用 `std::get ` 时忽略当前类型**：如果 `variant` 当前值不是 `T`，会抛异常。最好用 `std::holds_alternative` 做检查或直接使用 `std::visit`。
  2. **`std::any_cast ` 的返回值**：`any_cast` 的返回值为 `T*`（指针）或 `T&`（引用），若返回 `nullptr` 则说明类型不匹配。
  3. 对象复制与移动：std::variant 对每种类型都有拷贝/移动构造，如果类型不具备移动构造，需要手动实现或显式删除。

八、结语

std::variant 与 std::any 各有千秋，掌握它们的差异与适用场景，能让 C++ 程序在类型安全、性能与灵活性之间取得最佳平衡。在实际开发中，合理选择可以显著提升代码质量和运行效率。

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