C++中std::optional的使用指南分享
1. std::optional 是什么
C++ 17 引入了std::optional，表示一個(gè)可能有值的對(duì)象（沒(méi)有值時(shí)就是默認(rèn)的std::nullopt)，例如下面的例子中，創(chuàng)建了一個(gè) std::optional 對(duì)象 even_value，如果is_even 為真的話(huà)就有整數(shù)值128，否則就是默認(rèn)值std::nullopt:
#include <iostream>
#include <optiona>
bool is_even = true;
// 在 沒(méi)有賦實(shí)際值的情況下 std::optional 對(duì)象的默認(rèn)值為 std::nullopt
std::optional<int> even_value = is_even ? std::optional<int>(128) : std::nullopt;
// 可以用 std::optional 對(duì)象是否等于 std::nullopt 來(lái)判斷 std::optional 對(duì)象是否有值
if (even_value != std::nullopt) {
// 采用.value 獲取 std::optional 對(duì)象的值
std::cout << "has value, which is " << even_value.value() << std::endl;
} else {
std::cout << "no value" << std::endl;
}其實(shí)std::optional的作用和Python里面的None比較像，例如上面的例子用Python來(lái)寫(xiě)就是這樣：
is_even = True
even_value = 128 if is_even else None
if even_value is not None:
print("has value, which is", even_value)
else:
print("no value")2. 為什么要引入 std::optional
我覺(jué)得提出std::optional就是因?yàn)镃++底層缺少None 這個(gè)表示，所以將std::nullopt和某種特定類(lèi)型的變量合并在一起構(gòu)造成一個(gè)std::optional對(duì)象，用以解決因?yàn)槿鄙僦癗one因而存在的一些不怎么直接的用法。
這里舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明前面提到的"不直接"的用法。這是一個(gè)尋找數(shù)組中的第一個(gè)非0元素的函數(shù)：
int findFirstNonZero(int arr[], int size) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (arr[i] != 0) {
return arr[i];
}
}
return -1; // 如果數(shù)組中沒(méi)有非0元素，則返回-1
}可以看到，沒(méi)找到元素時(shí)返回-1，所以當(dāng)拿到-1時(shí)，沒(méi)法判斷是第一個(gè)非0元素為-1還是沒(méi)找到非0元素。 改進(jìn)方案是返回一個(gè)pair，第一個(gè)位置表示是否包含非0元素，第二個(gè)位置表示非0元素的值：
#include <utility>
std::pair<bool, int> findFirstNonZero(int arr[], int size) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (arr[i] != 0) {
return std::make_pair(true, arr[i]);
}
}
return std::make_pair(false, -1); // 如果數(shù)組中沒(méi)有非0元素，則返回false和-1
}但這樣其實(shí)比較繁瑣且不直觀，兩個(gè)變量的解析和使用成本還是有些高，如果能用一個(gè)變量來(lái)完成的話(huà)就更簡(jiǎn)潔了。
采用std::optional可以簡(jiǎn)化上面的代碼：
#include <optional>
std::optional<int> findFirstNonZero(int arr[], int size) {
for (int i = 0; i < size; i++) {
if (arr[i] != 0) {
return arr[i];
}
}
return std::nullopt; // 如果數(shù)組中沒(méi)有非0元素，則返回std::nullopt
}使用這個(gè)函數(shù)時(shí)也只需要判斷一下返回值是否為std::nullopt 就可以。
總之可以將std::optional對(duì)象當(dāng)作支持判斷是否為NULL的對(duì)象的封裝，在不確定對(duì)象是否存在的情況下，建議使用。
3. std::optional 的構(gòu)造
空的 std::optional 對(duì)象可以用std::nullopt 或者{} 來(lái)構(gòu)造，然后用emplace 函數(shù)來(lái)插入數(shù)值：
// 1.0 采用 std::nullopt 初始化再調(diào)用 emplace 插入值
std::optional<int> val0 = std::nullopt;
val0.emplace(128);
std::cout << val0.value() << std::endl;
// 1.1 采用 {} 初始化再調(diào)用 emplace 插入值
std::optional<int> val1 = {};
val1.emplace(128);
std::cout << val1.value() << std::endl;每次調(diào)用emplace 時(shí)，會(huì)清除掉之前的值，因此可以多次調(diào)用，且能保證每次都是最新的數(shù)值。
也可以用 std::make_optional 函數(shù)來(lái)構(gòu)造：
// 1.7 采用 std::make_optional<T>(val) 初始化
std::optional<int> val7 = std::make_optional<int>(128);
std::cout << val7.value() << std::endl;
// 1.8 采用 std::make_optional(val) 初始化，自動(dòng)推導(dǎo)變量類(lèi)型
std::optional<int> val8 = std::make_optional(128);
std::cout << val8.value() << std::endl;除此之外還有很多種初始化 std::optional 對(duì)象的方法，都寫(xiě)在這個(gè)示例代碼里面了，記得看注釋?zhuān)?/p>
// 1.2 采用 std::optional<T>(val) 初始化
std::optional<int> val2 = std::optional<int>(128);
std::cout << val2.value() << std::endl;
// 1.3 采用 std::optional(val) 初始化，自動(dòng)推導(dǎo)變量類(lèi)型
std::optional<int> val3 = std::optional(128);
std::cout << val3.value() << std::endl;
// 1.4 采用 std::optional<T>{val} 初始化
std::optional<int> val4 = std::optional<int>{128};
std::cout << val4.value() << std::endl;
// 1.5 采用 std::optional{val} 初始化
std::optional<int> val5 = std::optional{128};
std::cout << val5.value() << std::endl;
// 1.6 采用 {val} 初始化
std::optional<int> val6 = {128};
std::cout << val6.value() << std::endl;4. std::optional 判斷是否有值
判斷 std::optional 對(duì)象是否有值可以用 has_value函數(shù)，或者判斷是否不等于std::nullopt，或者直接用if語(yǔ)句對(duì)對(duì)象進(jìn)行判斷：
std::optional<int> result1 = find_the_first_postive_value(pos_values);
if (result1.has_value()) {
std::cout << result1.value() << std::endl;
}
if (result1 != std::nullopt) {
std::cout << result1.value() << std::endl;
}
if (result1) {
std::cout << result1.value() << std::endl;
}5. std::optional 獲取值
獲取值的話(huà)可以用.value() 函數(shù)，或者* 運(yùn)算符：
if (result1) {
std::cout << result1.value() << std::endl;
}
if (result1) {
std::cout << *result1 << std::endl;
}如果想在std::optional對(duì)象為std::nullopt的情況下設(shè)置默認(rèn)值的話(huà)，可以用value_or 函數(shù)：
std::optional<int> val9 = std::nullopt;
std::cout << val9.value_or(-1) << std::endl; // 輸出 -1
val9.emplace(128);
std::cout << val9.value_or(-1) << std::endl; // 輸出 128很明顯，value_or函數(shù)中的默認(rèn)值需要和optional對(duì)象的類(lèi)型一致，否則會(huì)編譯報(bào)錯(cuò)。
6. 沒(méi)有值時(shí)的異常處理
如果在沒(méi)有值的情況下調(diào)用.value 函數(shù)，會(huì)在運(yùn)行時(shí)報(bào)錯(cuò)std::bad_optional_access:
std::optional<int> val10 = std::nullopt;
std::cout << val10.value() << std::endl;輸出：
libc++abi: terminating due to uncaught exception of type std::bad_optional_access: bad_optional_access
所以建議使用.value_or來(lái)處理，如果要強(qiáng)行使用.value的話(huà)，需要使用 try-catch 語(yǔ)句：
std::optional<int> val11 = std::nullopt;
try {
std::cout << val11.value() << std::endl;
} catch (const std::bad_optional_access& e) {
std::cout << "==> error: " << e.what() << std::endl;
}7. 示例代碼
上面的所有示例代碼匯總：
#include <iostream>
#include <optional>
#include <vector>
std::optional<int> find_the_first_postive_value(const std::vector<int>& values) {
for (auto& val : values) {
if (val > 0) {
return std::optional<int>(val);
}
}
return std::nullopt;
}
std::optional<int> find_the_first_postive_value_v2(const std::vector<int>& values) {
auto it = std::find_if(values.begin(), values.end(), [](int val) { return val > 0; });
return it != values.end() ? std::make_optional(*it) : std::nullopt;
}
void show_backend(std::optional<std::string> backend) {
if (backend) {
std::cout << "==> use set backend: " << backend.value() << std::endl;
} else {
std::cout << "==> use default backend: CPU" << std::endl;
}
}
int main() {
// std::optional 簡(jiǎn)單例子
bool is_even = true;
std::optional<int> even_value = is_even ? std::optional<int>(128) : std::nullopt;
if (even_value != std::nullopt) {
std::cout << "has value, which is " << even_value.value() << std::endl;
} else {
std::cout << "no value" << std::endl;
}
// 1. std::optional 對(duì)象的構(gòu)造
// 1.0 采用 std::nullopt 初始化再調(diào)用 emplace 插入值
std::optional<int> val0 = std::nullopt;
val0.emplace(128);
val0.emplace(129);
std::cout << val0.value() << std::endl;
// 1.1 采用 {} 初始化再調(diào)用 emplace 插入值
std::optional<int> val1 = {};
val1.emplace(128);
std::cout << val1.value() << std::endl;
// 1.2 采用 std::optional<T>(val) 初始化
std::optional<int> val2 = std::optional<int>(128);
std::cout << val2.value() << std::endl;
// 1.3 采用 std::optional(val) 初始化，自動(dòng)推導(dǎo)變量類(lèi)型
std::optional<int> val3 = std::optional(128);
std::cout << val3.value() << std::endl;
// 1.4 采用 std::optional<T>{val} 初始化
std::optional<int> val4 = std::optional<int>{128};
std::cout << val4.value() << std::endl;
// 1.5 采用 std::optional{val} 初始化
std::optional<int> val5 = std::optional{128};
std::cout << val5.value() << std::endl;
// 1.6 采用 {val} 初始化
std::optional<int> val6 = {128};
std::cout << val6.value() << std::endl;
// 1.7 采用 std::make_optional<T>(val) 初始化
std::optional<int> val7 = std::make_optional<int>(128);
std::cout << val7.value() << std::endl;
// 1.8 采用 std::make_optional(val) 初始化，自動(dòng)推導(dǎo)變量類(lèi)型
std::optional<int> val8 = std::make_optional(128);
std::cout << val8.value() << std::endl;
std::optional<int> val9 = std::nullopt;
std::cout << val9.value_or(-1) << std::endl;
val9.emplace(128);
std::cout << val9.value_or(-1) << std::endl;
// std::optional<int> val10 = std::nullopt;
// std::cout << val10.value() << std::endl;
std::optional<int> val11 = std::nullopt;
try {
std::cout << val11.value() << std::endl;
} catch (const std::bad_optional_access& e) {
std::cout << "==> error: " << e.what() << std::endl;
}
// 函數(shù)調(diào)用例子
std::vector<int> neg_values = {-1, -3, -5};
std::vector<int> pos_values = {1, 3, 5};
auto result1 = find_the_first_postive_value_v2(pos_values);
if (result1.has_value()) {
std::cout << result1.value() << std::endl;
}
if (result1 != std::nullopt) {
std::cout << result1.value() << std::endl;
}
if (result1) {
std::cout << result1.value() << std::endl;
}
if (result1) {
std::cout << *result1 << std::endl;
}
// try-catch 示例
try {
std::cout << result1.value() << std::endl;
} catch (const std::bad_optional_access& e) {
std::cout << "==> error: " << e.what() << std::endl;
}
show_backend(std::nullopt);
show_backend(std::make_optional("CUDA"));
auto my_backend = std::optional<std::string>{"MPS"};
show_backend(my_backend);
my_backend.emplace("DSP");
show_backend(my_backend);
std::optional<std::vector<int>> res = std::optional<std::vector<int>>({1, 2, 3});
std::cout << res.value()[0] << std::endl;
}可以通過(guò)g++ -std=c++17 main.cpp && ./a.out 來(lái)編譯運(yùn)行。
到此這篇關(guān)于C++中std::optional的使用指南分享的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ std::optional內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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