std::visit 和 std::variant 用法

Posted 2023-02-22

【中文标题】std::visit 和 std::variant 用法

【英文标题】：std::visit and std::variant usage

【发布时间】：2020-01-22 06:11:04

【问题描述】：

#include <variant>
#include <exception>
#include <type_traits>
#include <cassert>

template <typename T>
struct Promise 
    std::variant<
        std::monostate,
        std::conditional_t<std::is_void_v<T>, std::monostate, T>,
        std::exception_ptr
    > result_;

    T await_resume() const 
        assert(result_.index() > 0);
#if 1
        // old code that I want to optimise
        if (result_.index() == 2) 
            std::rethrow_exception(std::get<2>(result_));
        
        if constexpr (!std::is_void_v<T>) 
            return std::get<1>(result_);
        
#else
        // new code, won't compile
        return std::visit([](auto&& arg) 
            using TT = std::decay_t<decltype(arg)>;
            if constexpr (!std::is_same_v<TT, std::exception_ptr>) 
                std::rethrow_exception(arg);
             else if constexpr (!std::is_void_v<T>) 
                return arg;
            
        );
#endif
    
;

template int Promise<int>::await_resume() const;
template std::exception_ptr Promise<std::exception_ptr>::await_resume() const;
template void Promise<void>::await_resume() const;

Promise::await_resume 是一个简单的函数，它执行以下操作：

如果变体的值为std::exception_ptr，则重新抛出异常。 如果变体的值为T（虽然T 由用户设置，但也可能是std::exception_ptr），将其返回。如果 T 的类型为 void，则什么也不做。

最初我使用.index() check 和std::get 来实现它。它可以工作，但是 std::get 事情会在内部产生额外的检查，std::__1::__throw_bad_variant_access() 事情不会发生：https://godbolt.org/z/YnjxDy

我想根据cppreference使用std::visit优化代码，但是编译不出来。

另外一个问题是，当T的类型是std::exception_ptr时，我怎么知道该不该扔呢？

【参考方案1】：

visit 不会“优化”代码——它只是在variant 上匹配的一个很好的模式，并且确保您不会忘记任何类型特别有用。

但是visit 的要求之一是每个备选方案都必须返回相同的类型。这在您的用例中尤其成问题，因为应该只返回您的一个替代方案......所以它不适合。您还需要处理visit 中的monostate 案例，而您真的没有办法做到这一点（除了...投掷？）所以您运气不好。

你之前的版本非常好，我只是用类型来注释它以更具表现力：

struct Void  ;

template <typename T>
struct Promise 
    using Value = std::conditional_t<std::is_void_v<T>, Void, T>;

    std::variant<
        std::monostate,
        Value,
        std::exception_ptr
    > result_;

    T await_resume() const 
        assert(not result_.valueless_by_exception());
        assert(not std::holds_alternative<std::monostate>(result_));

        if (auto* exc = std::get_if<std::exception_ptr>(&result)) 
            std::rethrow_exception(*exc);
         else 
            if constexpr (not std::is_void_v<T>) 
                return std::get<T>(result_);
            
        
    

我认为这比明确使用0、1 和2 好一点。

---

另外一个问题是T的类型是std::exception_ptr时，怎么知道该不该扔？

简单：你不要扔它。根据您的类型，在通用代码中不要有截然不同的语义。如果Promise<T>::await_resume() 包含T，则返回T。 Promise<std::exception_ptr>::await_resume() 返回 exception_ptr。没关系。

我想实际上在我上面的实现中，使用显式 get_if<exception_ptr> 会变得模棱两可，这很不幸......所以也许 0/1/2 只是简单的方法。

【讨论】：

std::variant 是否有像 std::vector::operator[] 那样表现得像 get_or_ub_if_mismatched 的方法？

> 但是访问的要求之一是每个备选方案都必须返回相同的类型。我可以让它们返回相同的类型。只需在rethrow_exception 之后写return T()。由于rethrow_exception 被声明为no_return，rethrow_exception 之后的代码不应生成任何代码。但它仍然无法编译。

@CarterLi 1) No. 2) return T(); 仅在您的类型是默认可构造的情况下才有帮助，而且arg 可以是T 或monostate，所以这仍然是不同的类型。

1) 看来*get_if<T>(&variant) 做了我想做的事。因为取消引用 nullptr 是 UB，所以编译器会删除返回 nullptr 的代码路径，包括 if 语句。

【参考方案2】：

参考@Barry 的回答，这是我的最终版本：

T await_resume() const 
    if (auto* pep = std::get_if<2>(&result_)) 
        std::rethrow_exception(*pep);
     else 
        if constexpr (!std::is_void_v<T>) 
            auto* pv = std::get_if<1>(&result_);
            assert(pv);
            return *pv;
        
    

生成完美的 asm，没有额外的检查，没有 bad_variant_access sh*t:https://godbolt.org/z/96gF_J