2021-08-27发表2021-08-27更新C++ / C++17 / C++17详解6 分钟读完 (大约859个字)

C++17 详解 17 — std::optional

本文为《C++17 in detail》一书的中文渣中渣译文，不足之处还望指正。

翻译太特么累人了……剩余部分还是只做摘要翻译吧。

6. std::optional

std::optional 可表达可空类型。

头文件：

1	#include <optional>

std::optional 是一种值类型，即执行深拷贝。它不会引入额外的动态内存分配。

用例：

// UI class...
std::optional<std::string> UI::FindUserNick()
{
    if (IsNickAvailable())
        return mStrNickName; // return a string
        
    return std::nullopt; // same as return { };
}

// use:
std::optional<std::string> UserNick = UI->FindUserNick();
if (UserNick)
    Show(*UserNick);

6.1 创建 std::optional

初始化为空：

1 2	std::optional<int> oEmpty; std::optional<float> oFloat = std::nullopt;

直接赋值

1 2	std::optional<int> oInt(10); std::optional oIntDeduced(10); // 自动推断

std::make_optional

1 2	auto oDouble = std::make_optional(3.0); auto oComplex = std::make_optional<std::complex<double>>(3.0, 4.0);

std::in_place

std::optional<std::complex<double>> o7{std::in_place, 3.0, 4.0};

// 会通过 {1, 2, 3} 对 vector 进行直接初始化
std::optional<std::vector<int>> oVec(std::in_place, {1, 2, 3});

从其它 optional 拷贝

1	auto oIntCopy = oInt;

关于 std::in_place

译注：

in place 即原地、就地的意思，指通过参数列表直接调用类型的构造函数进行构造。同 C++11 之后许多容器新增的 emplace 一个作用。

std::in_place 是 std::in_place_t 类型的内置常量。

提升性能

如果没有这个参数，当你写下：

1	std::optional<std::string> ostr{std::string{"Hello World"}};

时，会匹配到 optional 的移动构造函数。即：

先通过 string 移动构造出临时 optional 对象；
再从临时 optional 对象转移构造 ostr 对象。

有了 std::in_place，只需一步：

直接将 string 参数传递给 ostr 构造函数。

默认构造

有这样一个类：

class UserName
{
public:
    UserName() : mName("Default")
    {
    }
    // ...
};

要构造一个默认值的 UserName 对象该怎么做？

1 2	std::optional<UserName> u0; // empty optional std::optional<UserName> u1{}; // also empty

这样创建的是空的 optional；

1	std::optional<UserName> u2{UserName()};

这样同 1 中描述的情况一样，会产生临时对象，不算默认构造。

正确做法是这样：

1	std::optional<UserName> opt{std::in_place};

使 optional 可存储不可拷贝/移动类型

比如 std::mutex，如果没有 std::in_place，optional<mutex> 就不成立。

std::make_optional 跟 std::in_place 一样作用

auto opt = std::make_optional<UserName>();
auto opt = std::make_optional<Point>(0, 0);
// 跟下边两句等价
std::optional<UserName> opt{std::in_place};
std::optional<Point> opt{std::in_place_t, 0, 0};

6.3 访问存储值

operator* 和 operator-> ——如果 std::optional 为空行为未定义

1 2	std::optional<int> oint = 10; std::cout<< "oint " << *oint << '\n';

value() ——如果空抛出 std::bad_optional_access 异常

std::optional<std::string> ostr("hello");
try
{
    std::cout << "ostr " << ostr.value() << '\n';
}
catch (const std::bad_optional_access& e)
{
    std::cout << e.what() << '\n';
}

value_or(defaultVal) ——如果空返回 defaultVal

1 2	std::optional<double> odouble; // empty std::cout<< "odouble " << odouble.value_or(10.0) << '\n';

6.4 其它操作

修改值

emplace：原地构造存储值。如果当前不为空，当前值会被销毁。
reset：销毁当前值，并置为空。
swap：交换两个 optional 的值。

比较

两个空 optional 相等
空 optional 总是小于非空 optional
两个非空 optional 以其值类型的比较操作符进行比较

int main()
{
    std::optional<int> oEmpty;
    std::optional<int> oTwo(2);
    std::optional<int> oTen(10);
    
    std::cout << std::boolalpha;
    std::cout << (oTen > oTwo) << '\n'; // true
    std::cout << (oTen < oTwo) << '\n'; // false
    std::cout << (oEmpty < oTwo) << '\n'; // true
    std::cout << (oEmpty == std::nullopt) << '\n'; // true
    std::cout << (oTen == 10) << '\n'; // true
}

6.6 慎用 std::optional 和 optional<T*>

因为 bool 和 T* 本身就已代表一种二态值，强行将其跟 std::optional 组合成三态不够自然，会增加开发人员心智负担。

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