C++学习 boost::optional详解

落日映苍穹つ 2022-04-23 12:18 353阅读 0赞

最近接触到boost::optional，网上查了查，这里学习记录一下！

# optional: #

optional库使用"容器"语义，包装了"可能产生无效值"的对象，实现了"未初始化"的概念.

#include <boost/optional.hpp>
    using namespace boost;

# "[无意义][Link 1]"的值: #

函数并不总能返回有效的返回值，很多时候函数可能返回"无意义"的值，这不意味着函数执行失败，而是表明函数正确执行了，但结果却不是有用的值。  
     表示返回值无意义最常用的做法是增加一个"哨兵"的角色，它位于解空间之外，如NULL，-1，EOF，string::npos,vector::end()等。但这些做法不够通用，而且很多时候不存在解空间之外的"哨兵".  
     optional使用"容器"语义，为这种"无效值"的情形提供了一个较好的解决方案。  
     **optional很像一个仅能存放一个元素的容器，它实现了"未初始化"的概念：如果元素未初始化，那么容器就是空的，否则，容器内就是有效的，已经初始化的值。**  
     optional的真实接口很复杂，因为它要能够包装任何的类型。

# 操作函数： #

optional的模板类型参数T可以使任何类型，就如同一个标准容器对元素的要求，并不需要T具有缺省构造函数，但必须是可拷贝构造的。

可以有很多方式创建optional对象，例如:  
 【1】**无参的optional()或者optional(boost::none)**构造一个未初始化optional对象，参数**boost::none**是一个类似空指针的none\_t类型常量，表示未初始化;  
 【2】optional(v)构造一个已初始化的optional对象，其值为v的拷贝。如果模板类型为T&，那么optional内部持有对引用的包装；  
 【3】optional(condition, v)根据条件condition来构造optional对象，如果条件成立(true)则初始化为v，否则为未初始化；  
 【4】此外optional还支持拷贝构造和赋值操作，可以从另一个optional对象构造。当想让一个optional对象重新恢复到未初始化状态时，可以向对象赋none值；

optional采用了指针语义来访问内部保存的元素，这使得optional未初始化时的行为就像一个空指针。它重载了operator\*和operator->以实现与指针相同的操作，get()和get\_ptr()可以以函数的操作形式获得元素的引用和指针。  
       成员函数get\_value\_or(default)是一个特别的访问函数，可以保证返回一个有效的值，如果optional已初始化，那么返回内部的元素，否则返回default。  
       optional也可以用隐式类型转换进行bool测试(用于条件判断),就像一个队指针的判断。  
       optional还全面支持比较运算，包括==，!=,<,<,>,>=。与普通指针比较的"浅比较"(仅比较指针值)不同，optional的比较是"深比较"，同时加入了对未初始化情况的判断。

# 用法： #

optional的接口简单明了，把它认为是一个大小为1并且行为类似指针的容器就可以了，或者把它想象成是一个类似scoped\_ptr,shared\_ptr的智能指针(注意，optional不是智能指针，用法类似但用途不同)。

代码示范：

\#include <boost/optional.hpp>  
using namespace boost;  
using namespace std;  
int main()  
\{  
     optional<int> op0;                    //一个未初始化的optional对象  
     optional<int> op1(**boost::none**);       //同上，使用none赋予未初始化值  
     assert(!op0);  
     assert(op0 == op1);  
     assert(op1.get\_value\_or(253) == 253); //获取可选值

optional<string> ops("test");         //初始化为字符串test  
     string str = \*ops;                    //用解引用操作符获取值  
     cout <<str.c\_str()<<endl;

vector<int> v(10);  
     optional<vector<int>&> opv(v);        //容纳一个容器的引用  
     assert(opv);

opv->push\_back(5);                    //使用箭头操作符操纵容器  
     assert(opv->size() == 11);  
    ** opv = boost::none;**  
     assert(!opv);  
     system("pause");  
     return 0;  
\}

代码示范：

\#include <math.h>  
\#include <boost/optional.hpp>  
using namespace boost;  
using namespace std;  
**optional<double>** calc(int x)    //计算倒数  
\{  
    return **optional<double>**(x != 0, 1.0 / x);//条件构造函数  
\}  
optional<double> sqrt\_op(double x)   //计算实数的平方根  
\{  
    return optional<double>(x>0, sqrt(x));//条件构造函数  
\}  
int main()  
\{  
    optional<double> d = calc(10);  
    if (d)  
        cout << \*d <<endl;  
    d = sqrt\_op(-10);  
    if (!d)  
        cout << "no result"<<endl;  
    system("pause");  
    return 0;  
\}

# 工厂函数: #

optional提供一个类似make\_pair(),make\_shared()的工厂函数**make\_optional(),可以根据参数类型自动推导optional的类型，用来辅助创建optional对象**，声明：

optional<T> make_optional(T const &v);
    optional<T> make_optional(bool condition, T const& v);

**但make\_optional()无法推导出T****引用类型****的optional对象，因此如果需要一个optional<****T&****>的对象，就不能使用make\_optional()函数。**

示例；

\#include <boost/optional.hpp>  
\#include <boost/typeof/typeof.hpp>  
using namespace boost;  
using namespace std;  
int main()  
\{  
    BOOST\_AUTO(x, **make\_optional(5)**);  
    assert(\*x == 5);

BOOST\_AUTO(y, **make\_optional<double>((\*x > 10), 1.0)**);  
    assert(!y);  
    system("pause");  
    return 0;  
\}

#    高级议题: #

optional<T>同STL容器一样，只提供基本的异常保证，不会超过被包装的类型T，它自身不抛出任何异常，只有在T构造时可能会抛出异常。

# 就地创建: #

**optional<T>要求类型T具有拷贝语义，因为它内部会保存值的拷贝**，但很多时候复杂对象的拷贝代价很高，而且这个值仅仅作为拷贝的临时用途，是一种浪费。

**因此optional库提供出了"就地创建"的概念，可以不要求类型具有拷贝语义，直接用构造函数所需的参数创建对象，这导致发展处了另一个Boost库--in\_place\_factory**.

示范：

\#include <boost/optional.hpp>  
**\#include <boost/utility/in\_place\_factory.hpp>**  
using namespace boost;  
using namespace std;  
int main()  
\{  
    //就地创建string对象，不需要临时对象string("..")  
    optional<string> ops(**in\_place("test in\_place\_factory")**);  
    cout<< (\*ops).c\_str()<<endl;  
      
    //就地创建std::vector对象，不需要临时对象vector(10, 3)  
    optional<vector<int>> opp(**in\_place(10, 3)**);  
    assert(opp->size() == 10);  
    assert((\*opp)\[0\] == 3);

system("pause");  
    return 0;  
\}

# 引用类型： #

optional的模板参数类型可以使引用(T&),它在很多方面与原始类型T有不同，比如无法使用就地创建，就地赋值.与c++语言内置的引用类型不同的是，它可以声明时不指定初值，并且在赋值时转移包装的对象，而不是对原包装的对象赋值。

[Link 1]: https://www.baidu.com/s?wd=%E6%97%A0%E6%84%8F%E4%B9%89&tn=24004469_oem_dg&rsv_dl=gh_pl_sl_csd