现代C++ 21 any

1. 概述

std::any 的定义如下：

class any;

• std::any 可以存储任何满足构造函数要求的类型的实例，或者为空。
• 存储的实例称为包含对象。
• 如果两个 std::any 对象的状态都为空，或者两个状态都不为空且包含的对象是等价的，则这两个状态是等价的。
• std::any 鼓励实现避免对小型对象进行动态分配，但这可能只适用于 std::is_nothrow_move_constructible 返回 true 的类型。

2. 成员函数

2.1 构造函数和析构函数

• 默认构造函数：创建一个空的 std::any 对象。
• 带参数的构造函数：接受一个值或引用，初始化 std::any 以包含该值。
• 赋值操作符：将一个 std::any 的内容赋值给另一个 std::any，或者将一个值赋值给 std::any。
• 析构函数：销毁 std::any 对象及其包含的值。

2.2 修改器函数

• emplace()：就地构造 std::any 中的值，避免不必要的拷贝或移动。
• reset()：销毁 std::any 中的包含对象，使其变为空状态。
• swap()：交换两个 std::any 对象的内容。

2.3 观察者函数

• has_value()：检查 std::any 是否包含值。如果包含值，返回 true；否则返回 false。
• type()：返回 std::any 中包含值的 typeid，如果 std::any 为空，则返回 typeid(void)。

3. 非成员函数

• std::swap(std::any)：专门化 std::swap 算法，用于交换两个 std::any 对象的内容。
• std::make_any<T>(args...)：方便的函数模板，用于创建 std::any 对象，并直接构造其包含的值。
• std::any_cast<T>(std::any)：类型安全的访问 std::any 中的包含对象。std::any_cast 可以用于获取值、指针或引用。如果类型不匹配，抛出 std::bad_any_cast 异常。

4. 辅助类

• std::bad_any_cast：当 std::any_cast 的返回值形式在类型不匹配时抛出的异常。

5. 示例代码

示例 1：基本用法

#include <iostream>
#include <any>
#include <typeinfo>

int main() {
    // 创建一个 std::any 对象并存储 int 类型的值
    std::any a = 42;
    std::cout << "Type: " << a.type().name() << ", Value: " << std::any_cast<int>(a) << '\n';

    // 修改为 double 类型的值
    a = 3.14;
    std::cout << "Type: " << a.type().name() << ", Value: " << std::any_cast<double>(a) << '\n';

    // 修改为 bool 类型的值
    a = true;
    std::cout << "Type: " << a.type().name() << ", Value: " << std::any_cast<bool>(a) << '\n';

    return 0;
}

输出：

Type: i, Value: 42
Type: d, Value: 3.14
Type: b, Value: true

示例 2：使用 std::any_cast 访问值

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

int main() {
    // 创建一个 std::any 对象并存储 string 类型的值
    std::any a = std::string("Hello, World!");

    // 使用 std::any_cast 获取值
    if (a.has_value()) {
        std::string value = std::any_cast<std::string>(a);
        std::cout << "Value: " << value << '\n';
    }

    // 尝试访问不存在的类型，会抛出 std::bad_any_cast 异常
    try {
        int value = std::any_cast<int>(a);
    } catch (const std::bad_any_cast& e) {
        std::cout << "Error: " << e.what() << '\n';
    }

    return 0;
}

输出：

Value: Hello, World!
Error: bad any_cast

示例 3：使用 std::any_cast 获取指针

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

int main() {
    // 创建一个 std::any 对象并存储 int 类型的值
    std::any a = 42;

    // 使用 std::any_cast 获取指向值的指针
    if (a.has_value()) {
        int* p = std::any_cast<int>(&a);
        std::cout << "Pointer to value: " << *p << '\n';
    }

    // 修改为 double 类型的值
    a = 3.14;

    // 使用 std::any_cast 获取指向值的指针
    if (a.has_value()) {
        double* p = std::any_cast<double>(&a);
        std::cout << "Pointer to value: " << *p << '\n';
    }

    return 0;
}

输出：

Pointer to value: 42
Pointer to value: 3.14

示例 4：使用 std::make_any 创建 std::any 对象

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

int main() {
    // 使用 std::make_any 创建 std::any 对象并存储 string 类型的值
    std::any a = std::make_any<std::string>("Hello, World!");

    // 使用 std::any_cast 获取值
    if (a.has_value()) {
        std::string value = std::any_cast<std::string>(a);
        std::cout << "Value: " << value << '\n';
    }

    return 0;
}

输出：

Value: Hello, World!

示例 5：使用 reset 清空 std::any 对象

#include <iostream>
#include <any>

int main() {
    // 创建一个 std::any 对象并存储 int 类型的值
    std::any a = 42;
    std::cout << "Type: " << a.type().name() << ", Value: " << std::any_cast<int>(a) << '\n';

    // 清空 std::any 对象
    a.reset();
    if (!a.has_value()) {
        std::cout << "No value\n";
    }

    return 0;
}

输出：

Type: i, Value: 42
No value

6. 总结

std::any 是 C++17 引入的一个非常灵活的工具，特别适用于需要存储和处理不同类型值的场景。它的主要特点包括：

• 类型安全：通过 std::any_cast 提供了类型安全的访问方式，确保只能访问与实际存储类型匹配的值。
• 灵活性：可以存储任何可复制构造类型的值，甚至可以在运行时动态改变存储的类型。
• 性能优化：鼓励实现避免对小型对象进行动态分配，减少内存开销。
• 简洁易用：提供了简单的接口来管理值的存储、访问和修改。

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