## 标题：C++ 中的 std::variant：实现类型安全的多态

2026-01-11 作者 stdcpp

在 C++17 之后，标准库提供了 std::variant，它是一种强类型的和式（sum type）容器，能够在同一个对象中存放多种不同类型中的一种，同时保证类型安全。相比传统的 union 或者使用 void* 的做法，std::variant 提供了更安全、易用、可读性更好的多态实现方式。

1. 基本概念

std::variant<Types...> 定义了一个可以持有 Types... 其中一种类型的对象。其内部维护了一个索引（index()）来标识当前持有的类型，并通过 get<T>() 或者 std::get<T>() 提取值。

2. 示例代码

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

using Variant = std::variant<int, double, std::string>;

void print(const Variant& v) {
    std::visit([](auto&& arg) {
        std::cout << "值: " << arg << std::endl;
    }, v);
}

int main() {
    Variant v1 = 42;            // int
    Variant v2 = 3.14;          // double
    Variant v3 = std::string("hello"); // std::string

    print(v1);
    print(v2);
    print(v3);

    // 通过索引访问
    if (v1.index() == 0) {
        std::cout << "v1 是 int，值为：" << std::get<int>(v1) << std::endl;
    }

    // 访问时自动检查类型
    try {
        std::cout << std::get<double>(v1) << std::endl; // 抛出异常
    } catch (const std::bad_variant_access& e) {
        std::cout << "错误: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

3. 访问方式

方法	说明
`std::get
(v)`\| 直接访问，如果`T`与当前类型不匹配会抛出`std::bad_variant_access`
`std::get_if
(&v)`\| 返回指向当前值的指针，若类型不匹配则返回`nullptr`
`std::visit(visitor, v)`	对当前类型执行访问器（可为 lambda、函数对象等）

4. 常见应用场景

配置系统
读取配置文件时，某些参数可能是整数、浮点数或字符串。使用 std::variant 可以避免类型转换错误。
消息框架
在消息传递系统中，每条消息可以携带不同类型的 payload。std::variant 让消息类型与 payload 一一对应，避免裸指针。
表达式树
计算器或编译器中，节点可以是数字、变量、运算符等。std::variant 使得树节点的实现更简洁。

5. 性能与注意事项

std::variant 的实现通常使用联合（union）加上额外的索引存储，开销与手写联合相近。
对于大型对象，建议使用 std::shared_ptr 或 std::unique_ptr 包装后再放入 variant，避免复制成本。
在 C++20 中，std::variant 的 index() 变得 constexpr，允许在编译期获取当前类型索引。

6. 小结

std::variant 为 C++ 提供了一种类型安全、表达力强的多态手段。相比传统的类型擦除或基类指针，variant 让代码更易维护，错误更易捕获。掌握 std::variant 的使用，可以在现代 C++ 项目中处理多种类型的值时更加得心应手。

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