在现代 C++（C++17 及以后）中，std::variant 为我们提供了一个轻量级且类型安全的多态容器，它能够存储多种可能类型中的任意一种，并在编译时保证类型正确性。下面将从基本使用、访问方式、与传统多态的比较、以及性能与安全性几个角度详细展开。
1. 基本语法与实例化
#include <variant>
#include <string>
#include <iostream>
using Value = std::variant<int, double, std::string>;
int main() {
Value v1 = 42; // int
Value v2 = 3.14; // double
Value v3 = std::string("hello");
std::cout << std::get<int>(v1) << '\n'; // 输出 42
std::cout << std::get<double>(v2) << '\n'; // 输出 3.14
std::cout << std::get<std::string>(v3) << '\n'; // 输出 hello
}
std::variant 通过模板参数包指定可能的类型集合，实例化后可以像普通变量一样赋值、拷贝、移动。
2. 访问方式
2.1 `std::get
`
最直观的访问方式是使用 `std::get
`。若存储的值与 “ 不匹配，将抛出 `std::bad_variant_access`。
“`cpp
try {
std::cout << std::get(v2); // v2 里存的是 double，抛异常
} catch(const std::bad_variant_access& e) {
std::cerr << "访问错误: " << e.what() << '\n';
}
“`
### 2.2 `std::get_if`
若想避免异常，使用 `std::get_if
(&v)`。若匹配成功返回指向值的指针，否则返回 `nullptr`。
“`cpp
if (auto p = std::get_if
(&v2)) {
std::cout << "v2 是 double, 值为 " << *p << '\n';
}
“`
### 2.3 `std::visit`
`std::visit` 通过可调用对象（lambda、函数对象、普通函数）访问当前类型，无需显式判断。
“`cpp
std::visit([](auto&& arg){
std::cout << "当前值为: " << arg << '\n';
}, v3);
“`
### 2.4 `std::holds_alternative`
用来检查当前存储的类型：
“`cpp
if (std::holds_alternative(v3)) {
std::cout << "是字符串\n";
}
“`
## 3. 与传统多态的比较
| 维度 | std::variant | 虚函数 + 基类指针 |
|——|————–|——————-|
| **类型安全** | 编译时检查 | 运行时 RTTI |
| **内存占用** | 常量大小（最大类型大小） | 对象大小 + 指针 |
| **扩展性** | 需要重新定义类型列表 | 通过继承添加 |
| **性能** | 访问常数时间（无虚表跳转） | 虚表访问开销 |
| **可组合性** | 与模板元编程天然匹配 | 继承链受限 |
在很多场景下，尤其是当类型集合固定且不需要动态多态时，`std::variant` 更加高效、易于维护。若需要真正的多态行为（如基类接口被子类重写），仍建议使用传统继承与虚函数。
## 4. 常见使用场景
### 4.1 解析配置文件
配置项常见类型为字符串、数值或布尔值，使用 `std::variant` 可以轻松表示：
“`cpp
using ConfigValue = std::variant;
std::unordered_map config;
“`
### 4.2 事件系统
事件的 payload 可以是多种类型，例如鼠标坐标（两整数）、键码（整数）或字符串消息。使用 `std::variant` 统一管理。
### 4.3 JSON 序列化
大多数 JSON 解析库内部使用 `std::variant` 或类似结构来存储不同类型的 JSON 节点。
## 5. 性能与安全注意
– **对齐与填充**：`std::variant` 的大小等于最大类型的大小加上一个用于记录当前索引的 `std::size_t`。若类型之间对齐差异大，可能导致浪费空间。
– **异常安全**：`std::variant` 的构造、赋值在异常抛出时保持强异常安全，内部使用 `std::in_place_index` 或 `std::in_place_type` 进行原位构造。
– **自定义类型**：若想让自定义类型安全地进入 `std::variant`，确保它们满足拷贝/移动语义，并且不含自定义构造函数导致隐式类型推导失效。
## 6. 进阶技巧
### 6.1 自定义访问器
“`cpp
struct Visitor {
void operator()(int i) const { std::cout << "int: " << i << '\n'; }
void operator()(double d) const { std::cout << "double: " << d << '\n'; }
void operator()(const std::string& s) const { std::cout << "string: " << s << '\n'; }
};
std::visit(Visitor{}, v3);
“`
### 6.2 与 `std::any` 的比较
– `std::any` 存储任意类型，但不保证类型安全（只能通过 `std::any_cast` 检查）。
– `std::variant` 需要事先列出所有可能类型，编译期可发现错误。
### 6.3 在 `constexpr` 上下文使用
自 C++20 起，`std::variant` 在 `constexpr` 环境下的支持已完成，可以在编译期求值。
“`cpp
constexpr Value cv = 10;
static_assert(std::holds_alternative
(cv));
“`
## 7. 结语
`std::variant` 以其类型安全、易用性和高性能成为现代 C++ 开发者处理多种可能值的首选工具。掌握其基本使用、访问方式以及与传统多态的区别，能够让你在需要多态性但又想保持类型安全的场景中快速构建稳健的代码。若你还未在项目中尝试过 `std::variant`，不妨从小型配置解析或事件系统入手，逐步体验它带来的便利与安全性。
