C++17之std::any的具体使用

目录

• 1. 使用std::any
• 2. std::any类型和操作
• 2.1 std::any的类型
• 2.2 std::any操作

一般来说，c++是一种具有类型绑定和类型安全性的语言。值对象声明为具有特定类型，该类型定义哪些操作是可能的以及它们的行为方式。值对象不能改变它们的类型。

std: any是一种值类型，它能够更改其类型，同时仍然具有类型安全性。也就是说，对象可以保存任意类型的值，但是它们知道当前保存的值是哪种类型。在声明此类型的对象时，不需要指定可能的类型。

诀窍在于，对象同时拥有包含的值和使用typeid包含值的类型。因为这个值可以有任何大小，所以可以在堆上分配内存，鼓励实现避免小对象的动态分配。也就是说，如果分配一个字符串，对象将为该值分配内存并复制该字符串，同时也在内部存储分配的字符串。稍后，可以执行运行时检查来确定当前值的类型，并使用any_cast<该值的类型>获取值。

1. 使用std::any

下面的例子演示了std::any:

std::any a; // a is empty
std::any b = 4.3; // b has value 4.3 of type double

a = 42; // a has value 42 of type int
b = std::string{"hi"}; // b has value "hi" of type std::string

if (a.type() == typeid(std::string))
{
    std::string s = std::any_cast<std::string>(a);
    useString(s);
}
else if (a.type() == typeid(int))
{
    useInt(std::any_cast<int>(a));
}

可以声明std::any为空或由特定类型的值初始化。初始值的类型成为所包含值的类型。通过使用成员函数type()，可以根据任何类型的类型ID检查所包含值的类型。如果对象是空的，对象类型ID是typeid(void)。要访问包含的值，可以通过std::any_cast<对象类型>的方式：

auto s = std::any_cast<std::string>(a);

如果转换失败，因为对象为空或包含的类型不匹配，则抛出std::bad_any_cast。因此，在不检查或不知道类型的情况下，最好实现以下功能:

try {
auto s = std::any_cast<std::string>(a);
...
}
catch (std::bad_any_cast& e) {
std::cerr << "EXCEPTION: " << e.what() << '\n';
}

注意，std::any_cast<>创建了一个传递类型的对象。如果将std::string作为模板参数传递给std::any_cast<>，它将创建一个临时string(一个prvalue)，然后用它初始化新对象s。如果没有这样的初始化，通常最好转换为引用类型，以避免创建临时对象:

std::cout << std::any_cast<const std::string&>(a);

要修改该值，需要转换为对应的引用类型:

std::any_cast<std::string&>(a) = "world";

还可以为std::any对象的地址调用std::any_cast。在这种情况下，如果类型匹配，则强制转换返回相应的地址指针;如果不匹配，则返回nullptr:

auto p = std::any_cast<std::string>(&a);
if (p) {
...
}

例1：

#include <iostream>
#include <any>

int main()
{
    std::any i = 42;
    const auto ptr = std::any_cast<int>(&i);
    if (ptr)
    {
        std::cout << ptr << std::endl;
    }

    return 0;
}

结果如下：

要清空现有std::任何可以调用的对象:

方法1：a.reset(); // makes it empty

方法2：a = std::any{};

方法3： a = {};

可以直接检查对象是否为空:

if (a.has_value()) {
...
}

还要注意，值是使用衰减类型存储的(数组转换为指针，忽略顶层引用和const)。对于字符串常量，这意味着值类型是const char*。要检查type()并使用std::any_cast<>，必须使用以下类型:

std::any a = "hello"; // type() is const char*
if (a.type() == typeid(const char*)) { // true
...
}
if (a.type() == typeid(std::string)) { // false
...
}
std::cout << std::any_cast<const char*>(v[1]) << '\n'; // OK
std::cout << std::any_cast<std::string>(v[1]) << '\n'; // EXCEPTION

std::any没有定义比较运算符(因此，不能比较或排序对象)，没有定义hash函数，也没有定义value()成员函数。由于类型只在运行时才知道，所以不能使用泛型lambdas处理与类型无关的当前值。总是需要运行时函数std::any_cast<>来处理当前值。

然而，可以将std::任何对象放入容器中。

例2:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <any>

int main()
{
    std::vector<std::any> v;
    v.push_back(42);
    std::string s = "hello";
    v.push_back(s);
    for (const auto& a : v) {
        if (a.type() == typeid(std::string)) {
            std::cout << "string: " << std::any_cast<const std::string&>(a) << '\n';
        }
        else if (a.type() == typeid(int)) {
            std::cout << "int: " << std::any_cast<int>(a) << '\n';
        }
    }
}

结果如下：

2. std::any类型和操作

本节详细描述std::any的类型和操作。

2.1 std::any的类型

在头文件<any>中，c++标准库定义了类std::any，如下所示:

namespace std {
class any;
}

也就是说，std::any根本不是类模板。

此外，定义了以下类型和对象:

如果类型转换失败，则抛出异常类型std::bad_any_cast,它派生自std::bad_cast,而std::bad_cast派生自std::exception。

any对象还可以使用<utility>中定义的对象std::in_place_type(类型为std::in_place_type_t)。

2.2 std::any操作

std::any操作

1. 构造函数

默认情况下，std::any的初始值为空。

std::any a1; // a1 is empty

如果传递一个值进行初始化，则将其衰减类型用作所包含值的类型:

std::any a2 = 42; // a2 contains value of type int
std::any a3 = "hello"; // a2 contains value of type const char*

要保存与初始值类型不同的类型，必须使用in_place_type标记:

std::any a4{std::in_place_type<long>, 42};
std::any a5{std::in_place_type<std::string>, "hello"};

即使传递给in_place_type的类型也会衰减。下面的声明包含一个const char*:

std::any a5b{std::in_place_type<const char[6]>, "hello"};

要通过多个参数初始化可选对象，必须创建该对象或将std::in_place_type添加为第一个参数(不能推断包含的类型):

std::any a6{std::complex{3.0, 4.0}};
std::any a7{std::in_place_type<std::complex<double>>, 3.0, 4.0};

甚至可以传递一个初始化器列表，后面跟着附加的参数:

// initialize a std::any with a set with lambda as sorting criterion:
auto sc = [] (int x, int y) { return std::abs(x) < std::abs(y);};

std::any a8{std::in_place_type<std::set<int,decltype(sc)>>, {4, 8, -7, -2, 0, 5}, sc};

注意，还有一个方便的函数make_any<>()，它可以用于单个或多个参数(不需要in_place_type参数)。必须显式指定初始化的类型(如果只传递一个参数，则不会推导出初始化的类型):

auto a10 = std::make_any<float>(3.0);
auto a11 = std::make_any<std::string>("hello");
auto a13 = std::make_any<std::complex<double>>(3.0, 4.0);
auto a14 = std::make_any<std::set<int,decltype(sc)>>({4, 8, -7, -2, 0, 5}, sc);

2. 访问值

要访问包含的值，必须使用std::any_cast<>将其转换为其类型。将该值转换为一个字符串，有几个选项:

std::any_cast<std::string>(a) // yield copy of the value
std::any_cast<std::string&>(a); // write value by reference
std::any_cast<const std::string&>(a); // read-access by reference

在这里，如果转换失败，将抛出std::bad_any_cast异常。

如果把std::any中所包含的类型转换为移除了传递类型的顶层引用后的类型ID，则转换类型是适合的。如下：

#include <iostream>
#include <string>
#include <any>

int main()
{
    const auto& s = std::make_any<std::string>("hello");

    if (s.type() == typeid(std::string))//删除顶层cosnt和引用后的类型
    {
        auto a = std::any_cast<std::string>(s);
        std::cout << a << std::endl;
    }

    return 0;
}

结果如下：

如果类型不匹配转换失败了，传递一个地址将会返回nullptr：

auto a = std::make_any<std::string>("hello");
std::any_cast<std::string>(&a) // write-access via pointer
std::any_cast<const std::string>(&a); // read-access via pointer

注意，这里转换到引用会导致运行时错误:

std::any_cast<std::string&>(&a); // RUN-TIME ERROR

3. 修改值

相应的赋值和emplace()操作。例如:

#include <iostream>
#include <string>
#include <any>
#include <complex>

int main()
{
    std::any a;
    a = 42; // a contains value of type int
    a = "hello"; // a contains value of type const char*

    a.emplace<std::string>("hello world");// a contains value of type std::string

    return 0;
}

结果如下：

4. 移动语法

std: any也支持移动语义。但是，请注意，move语义必须满足包含的类型具有可复制构造函数。也就是说，不支持只移动类型作为包含值类型。处理move语义的最佳方法可能并不明显。所以，你应该这样做:

std::string s("hello, world!");
std::any a;
a = std::move(s); // move s into a
s = std::move(std::any_cast<string&>(a)); // move assign string in a to s

与通常的从对象移动的情况一样，在最后一次调用之后，所包含的值a是未指定的。因此，可以使用a作为字符串，只要没有对所包含的字符串值的值做任何假设。

注意：

s = std::any_cast<string>(std::move(a));

也可以，但需要一个额外的移动。然而，以下内容是危险的(尽管它是c++标准中的一个例子):

std::any_cast<string&>(a) = std::move(s2); // OOPS: a to hold a string

只有当包含的值已经是字符串时，才可以这样做。如果没有，转换将抛出一个std::bad_any_cast异常。

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