C++ Boost Optional示例超详细讲解

C++ Boost Optional

一、概述

数据结构类似于容器，因为它们可以存储一个或多个元素。但是，它们与容器不同，因为它们不支持容器通常支持的操作。例如，使用本部分介绍的数据结构，不可能在一次迭代中访问所有元素。

Boost.Optional 可以很容易地标记可选的返回值。使用 Boost.Optional 创建的对象要么是空的，要么包含单个元素。使用 Boost.Optional，您无需使用空指针或 -1 等特殊值来指示函数可能没有返回值。

• Boost.Tuple 提供了 boost::tuple，这是一个自 C++11 以来一直是标准库的一部分的类。
• Boost.Any 和 Boost.Variant 允许您创建可以存储不同类型值的变量。 Boost.Any 支持任意类型，Boost.Variant 允许您将需要支持的类型作为模板参数传递。
• Boost.PropertyTree 提供了一个树状的数据结构。该库通常用于帮助管理配置数据。数据还可以以 JSON 等格式写入文件或从文件中加载。
• Boost.DynamicBitset 提供了一个类似于 std::bitset 但在运行时配置的类。
• Boost.Tribool 提供了一种类似于 bool 的数据类型，支持三种状态。
• Boost.CompressedPair 定义了 boost::compressed_pa​​ir 类，可以替代 std::pair。该类支持所谓的空基类优化。

二、Boost.Optional

库 Boost.Optional 提供类 boost::optional，可用于可选返回值。这些是函数的返回值，可能并不总是返回结果。示例 21.1 说明了在没有 Boost.Optional 的情况下通常如何实现可选返回值。

示例 21.1。表示可选返回值的特殊值

#include 
#include 
#include 
#include 
int get_even_random_number()
{
  int i = std::rand();
  return (i % 2 == 0) ? i : -1;
}
int main()
{
  std::srand(static_cast(std::time(0)));
  int i = get_even_random_number();
  if (i != -1)
    std::cout << std::sqrt(static_cast(i)) << '\n';
}

示例 21.1 使用函数 get_even_random_number()，它应该返回一个偶数随机数。它通过调用标准库中的函数 std::rand() 以一种相当幼稚的方式做到这一点。如果 std::rand() 生成偶数随机数，则该数字由 get_even_random_number() 返回。如果生成的随机数是奇数，则返回-1。

在此示例中，-1 表示无法生成偶数随机数。因此，get_even_random_number() 不能保证返回偶数随机数。返回值是可选的。

许多函数使用 -1 之类的特殊值来表示不能返回任何结果。例如，如果找不到子字符串，std::string 类的成员函数 find() 将返回特殊值 std::string::npos。返回值为指针的函数通常返回 0 表示不存在结果。

Boost.Optional 提供了 boost::optional，这使得可以清楚地标记可选的返回值。

示例 21.2。带有 boost::optional 的可选返回值

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using boost::optional;
optional get_even_random_number()
{
  int i = std::rand();
  return (i % 2 == 0) ? i : optional{};
}
int main()
{
  std::srand(static_cast(std::time(0)));
  optional i = get_even_random_number();
  if (i)
    std::cout << std::sqrt(static_cast(*i)) << '\n';
}

在示例 21.2 中，get_even_random_number() 的返回值具有一个新类型，boost::optional。 boost::optional 是一个模板，必须使用返回值的实际类型进行实例化。 boost/optional.hpp 必须包含在 boost::optional 中。

如果 get_even_random_number() 生成偶数随机数，则直接返回该值，并自动包装在类型为 boost::optional 的对象中，因为 boost::optional 提供了一个非排他的构造函数。如果 get_even_random_number() 不生成偶数随机数，则返回 boost::optional 类型的空对象。返回值是通过调用默认构造函数创建的。

main() 检查 i 是否为空。如果它不为空，则使用 operator* 访问存储在 i 中的数字。 boost::optional 似乎像指针一样工作。但是，您不应将 boost::optional 视为指针，因为例如，boost::optional 中的值由复制构造函数复制，而指针不会复制其指向的值。

示例 21.3。 boost::optional 的其他有用的成员函数

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using boost::optional;
optional get_even_random_number()
{
  int i = std::rand();
  return optional{i % 2 == 0, i};
}
int main()
{
  std::srand(static_cast(std::time(0)));
  optional i = get_even_random_number();
  if (i.is_initialized())
    std::cout << std::sqrt(static_cast(i.get())) << '\n';
}

eExample21.3e

示例 21.3 介绍了 boost::optional 的其他有用的成员函数。此类提供了一个特殊的构造函数，它将条件作为第一个参数。如果条件为真，则使用第二个参数初始化 boost::optional 类型的对象。如果条件为假，则会创建一个 boost::optional 类型的空对象。示例 21.3 在函数 get_even_random_number() 中使用此构造函数。

使用 is_initialized() 您可以检查 boost::optional 类型的对象是否不为空。 Boost.Optional 涉及已初始化和未初始化的对象——因此，成员函数的名称为 is_initialized()。成员函数 get() 等效于 operator*。

示例 21.4。 Boost.Optional 的各种辅助函数

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace boost;
optional get_even_random_number()
{
  int i = std::rand();
  return make_optional(i % 2 == 0, i);
}
int main()
{
  std::srand(static_cast(std::time(0)));
  optional i = get_even_random_number();
  double d = get_optional_value_or(i, 0);
  std::cout << std::sqrt(d) << '\n';
}

Boost.Optional 提供独立的辅助函数，例如 boost::make_optional() 和 boost::get_optional_value_or()（参见示例 21.4）。可以调用 boost::make_optional() 来创建 boost::optional 类型的对象。如果您希望在 boost::optional 为空时返回默认值，您可以调用 boost::get_optional_value_or()。

函数 boost::get_optional_value_or() 也作为 boost::optional 的成员函数提供。它被称为 get_value_or()。

除了 boost/optional/optional_io.hpp 之外，Boost.Optional 还提供了一个带有重载流运算符的头文件，让您可以将 boost::optional 类型的对象写入标准输出等。

参考文：

Chapter21.Boost.Optional (theboostcpplibraries.com)

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