**C++17 中的 std::optional 是什么？**

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std::optional 是 C++17 标准库新增的一个模板类，位于 <optional> 头文件中。它的主要作用是给函数返回值或成员变量提供一种“可能不存在”的状态，而不需要使用指针或错误码。相比传统的裸指针，optional 更安全、更易读、并且兼容值语义。

1. 基本使用

#include <optional>
#include <iostream>
#include <string>

std::optional <int> parseInt(const std::string& s) {
    try {
        return std::stoi(s);
    } catch (...) {
        return std::nullopt;          // 表示解析失败
    }
}

int main() {
    auto result = parseInt("123");
    if (result) {                     // 通过 bool 转换判断是否有值
        std::cout << "值为：" << *result << '\n';
    } else {
        std::cout << "解析失败\n";
    }
}
  • `std::optional ` 可以存储类型 `T` 的对象或“空”状态。
  • std::nullopt 是一个特殊值，表示不存在值。
  • *optional 解引用得到内部对象；optional.value() 也可以得到值，若为空会抛出 std::bad_optional_access。

2. 常见成员函数

函数 说明
has_value() 或 operator bool() 判断是否存在值
value() 获取值，若为空抛异常
operator*() 解引用
operator->() 访问成员
value_or(default) 若为空返回默认值
emplace(args...) 原地构造对象
reset() 置为空
operator= 赋值操作

3. 何时使用

  • 函数返回值：当函数可能返回合法值或“无结果”时，optional 是天然的选择。比使用指针更安全，避免空指针检查。
  • 成员变量：可选成员（例如配置项、缓存结果）可以用 optional 表示“是否已设置”。
  • 错误处理：不必使用错误码或异常，optional 直接表达“成功或失败”的二元状态。

4. 与传统方案的对比

方案 代码简洁性 错误安全 语义表达
指针（T*） 代码长 易忘记 nullptr 检查 语义不明显
结构体包装 需要自定义 安全 需要手动实现
std::optional 简洁 高 直接表达“可空”

5. 注意事项

  1. 不要滥用：对于复杂错误信息，optional 只提供了“有值/无值”，无法携带错误码。此时可考虑 std::variant 或自定义 Result 类型。
  2. 构造成本：`optional ` 会为 `T` 预留内存，若 `T` 大而不常用，使用 `std::unique_ptr` 可能更节省空间。
  3. 移动语义：optional 支持移动构造和移动赋值，使用时需注意避免多次解引用导致未定义行为。

6. 进阶用法

  • 链式调用：optional 可以与 value_or、transform（C++23）等结合，实现更灵活的值转换。
  • 与算法结合：在 STL 算法中，可以直接使用 optional 作为返回值，例如 std::find_if 的自定义谓词返回 `optional `，从而实现“寻找并返回”功能。
std::vector <int> v{1, 2, 3, 4, 5};
auto found = std::find_if(v.begin(), v.end(), [](int x) {
    return x > 3 ? std::optional <int>{x} : std::nullopt;
});
if (found != v.end()) std::cout << *found << '\n';

7. 小结

std::optional 为 C++ 提供了一种简洁、类型安全的“可空”容器。它让代码更易读、错误更少，特别适合需要返回可选值的函数。掌握 optional 的使用后，你会发现许多原本需要指针或错误码的场景可以被更优雅的方式取代。

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