将不同类型的数据存储在单变量中系列 3/3

本节会讲如何在单个变量中存储任意类型的数据。你可以用void*来处理，然而这里要讲的是一个更好、更安全的方式，它是 C++17 标准带来的全新处理方式。

1. std::any

它的用法很简单，我们主要要思考的是：为什么会有这个东西，什么时候要用到它，为什么要用std::any而不是std::variant，这些才是本节最精彩的内容。

#include <any>

int main()
{
    std::any data;
    data = 2;   // int
    data = "Cherno";   // const char
    data = std::string("Cherno"); // string

    // 如果想提取数据
    std::string string = std::any_cast<std::string>(data);

    std::cin.get();
}

如果std::any对象包含的值类型与std::any_cast的目标类型相匹配，那么std::any_cast将返回该值。否则，如果类型不匹配，std::any_cast将抛出std::bad_any_cast异常。

看起来和std::variant很像，它们确实有些类似，可以存储任何类型，有人可能觉得：std::variant要求我们列出所有的类型而很糟糕，而在std::any这里根本就不需要担心类型。但其实恰恰相反，这才是绝大多数情况下，std::variant比std::any更好的地方。

事实上，std::variant要求列出所有这些类型是很好的，会使得类型安全：

data = "Cherno";   // 比如忘记显式地写出这是一个字符串
// 然后下行代码会很合理，但试着提取时就遇到问题了：data 是一个 const char*
std::string string = std::any_cast<std::string>(data);

// 而用std::variant的话，就可以正常工作了，因为限定了类型

#include <variant>

std::variant<int, std::string> data;
data = 2;
data = "Cherno";
std::string string = std::any_cast<std::string>(data);

那除了std::variant需要列出类型之外，std::any和它相比还有什么区别吗？

2. std::any 和 std::variant 的区别

当然有，这和它们的存储方式有关。

std::variant只是一个类型安全的union，意思是它把所有的数据都存储在一个联合体中。

那std::any的存储方式呢？让我们进入它的头文件：

Storage 这个似乎用来存储东西的变量实际上是一个 Union

最后深入，发现 Small_storage 是一个 aligned_union_t，发现它是 aligned_union 的所有类型。

所以std::any到底做了什么？其实很聪明，对于 small types （小类型），它只是把它门存储为一个union，这意味着对于小类型来说，它的工作方式和std::variant完全相同。

而如果你有一个大类型，它会带你进入大存储空间的void*，在这种情况下它会动态分配内存，而动态分配内存不利于性能。

如果你需要更多而存储空间（这里可以看到是>32)，std:any会动态分配，但是std::variant不会。

所以换句话说，除了更加类型安全和有一点限制性，std::variant在处理较大数据时也会执行得更快，或是你的数据又需要避免动态内存分配。

另一个提高性能的技巧是不要复制数据，之前代码中有字符串的复制，可以换成通过引用返回：

// 在std::get()中可以直接加一个引用符，但std::any_cast中需要把引用插入到模板参数中，才能很好地优化
std::string& string = std::any_cast<std::string&>(data); // 注意这里模板参数中也要用引用

目前的情况下，我们不会得到除了那个 string 的内存分配，可以简单测试一下：

void* operator new(size_t size) // 这不是new操作符的很好的实现，因此不要在任何生产代码中使用它
{
    return malloc(size); // 打上断点
}

可以看到我们确实得到了一个内存分配，来源是 std::string，std::basic_string 进入 allocator 分配器。any 实际上只做了一个_Construct_in_place 转发所有这些参数，basic_string 在做再一次的内存分配，它就是这个程序中全部的内存分配了，这个情况下 std::any 实际没有分配任何东西。

struct CustomClass
{
    std::string s0, s1;  // 一个是28(x86)
};

int main()
{
    std::any data;
    data = 2;   // int
    data = CustomClass();
//  std::string& string = std::any_cast<std::string&>(data);

    std::cin.get();
}

在 Emplace 的过程中，你会看到这是一个大的存储过程，所以会调用 new，所以要知道 std::any 会在需要时进行分配。在这种情况下（>32Bytes)，它会调用 new 和动态内存分配，这里可能编译器把过程抽象了，没得到和视频中一样的效果。

3. any 和 variant 分别什么时候用？

这是一个比较棘手的问题。

如果希望在一个变量中存储多个数据类型，请使用std::variant，因为它基本上是std::any的类型安全版本，这意味着你不能随意设置它的类型。而且它还不会动态分配内存，这样性能会更好。

如果你需要能够在单个变量中存储任何数据类型，也许你需要重新考虑程序的设计，Cherno 的意思是他真的想不出来一个有效用例（就不该用到它），如果你有像缓冲区的数据，不知道这些数据的类型，只是想指向它们，那你可以用 void* 。就目前的情况，Cherno 不认为它和std::optional以及std::variant一样有用，你应该明确意识到std::any可能不是你应该经常使用的东西。（观点发表于视频录制的 2019 年）。