std::optional 相对于 nullptr 的优点/缺点是啥？

Posted 2023-02-18

【中文标题】std::optional 相对于 nullptr 的优点/缺点是啥？

【英文标题】：What are the advantages/disadvantages of std::optional over nullptr?std::optional 相对于 nullptr 的优点/缺点是什么？

【发布时间】：2021-12-18 15:26:21

【问题描述】：

我在互联网上看了几部在线 std::optional 纪录片。但是，我无法找到以下两种情况之间的任何直接比较：

案例 1：

SomePointer* foo::get_some_pointer(cont int value) 
    
    auto result = myMap.find(value);

    if (result != myMap.end()) 
        return const_cast<SomePointer*>(&result->second);
    

    return nullptr;

案例2

 std::optional<SomePointer*> foo::get_some_pointer (cont int value) 
    
        auto result = myMap.find(value);
    
        if (result != myMap.end()) 
            return std::optional<SomePointer*>&result->second;
        
    
        return std::nullopt;
    

案例 1 相对于案例 2 的优点/缺点是什么（nullopt 优于 nullptr）？

【问题讨论】：

所以，为了返回一个 ponter，实际上不需要将它包装到 std::optional 因为你有nullptr。但是，如果您返回一些没有“空”状态的对象或值，std::optional 会非常有用。

案例2有更多的空值，它同时支持nullptr和std::nullopt，更多的选择:)。更常见的是使用std::optional<SomePointer>，而不使用*。

顺便说一句，const_cast非常粗略。

带有std::optional<SomePointer*>，它有三种状态：有一个有效的指针，有一个nullptr，有一个std::nullopt。您的代码小心地返回有效指针或std::nullopt ...但调用者或此后的代码仍应警惕“永远不会发生”nullptr 的可能性。 （嗯，可能有一个悬空指针，或者一个野指针，或者未初始化的指针......我忽略了这些场景。）

为了您的考虑，返回std::optional<std::reference_wrapper<SomePointer>>，它完全避免了nullptr 状态，并且仍然具有打包行为，并且是自记录代码。 （SomePointer 的名字可能很糟糕，因为我认为它不是指针。）

【参考方案1】：

std::optional 的唯一工作是通过额外的“null”值扩展类型域。每个指针类型 T* 已经有一个被视为“null”的值 - nulltpr。

因此，直接比较这两者并不是一个好主意，因为它们回答的问题不同。有时区分“无结果”和“空结果”¹（这是一种可能的解释）很重要，有时则不然。您应该使用适合您需要的任何一种。

现在如果代码返回指针的唯一原因是利用隐式指针可空性，那么正确的解决方案是将其更改为返回std::optional<SomePointer>（或者可能是std::optional<std::reference_wrapper<SomePointer>> ) 代替，但这不是你问的。

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¹ 当然在这一点上考虑类似的东西也是值得的。 struct NoResult ; using Result = std::variant<NoResult, SomePointer*>; 使其更加明确。

【讨论】：

@MericOzcan 在当前代码中，您在第二个示例中调用at，这是在进行不必要的查找。除此之外，optional<T*> 在T* 之上的开销应该可以忽略不计（如果有的话）。在这两种情况下都没有指向的值的副本。

@MericOzcan 首先，您需要考虑（强制）返回值优化，这意味着返回值直接在应分配的位置创建。这消除了按价值返回的复制成本。除了包含值的std::optional 和原始指针（或者可能是std::unique_ptr！）之间，应用与非可选对象之间相同的参数，按值或按指针...

@MericOzcan 这完全取决于您的具体要求！如果someObject 是一个局部变量，return &someObject; 是非法的（你以这种方式返回一个 dangling 指针！）。按值返回允许在堆栈上分配对象（好吧，假设std::optional 是使用placement-new 和显式析构函数调用实现的，不确定是否由标准强制），出于性能原因，有时可能更可取。返回原始指针可能意味着必须显式返回 delete 对象（在这种情况下，std::unique_ptr 通常是首选）。

如果您需要返回已经存在的对象，这些对象的生命周期由另一个组件控制，原始指针是不错的选择，可以避免任何不必要甚至错误的副本。

@MericOzcan 好吧，那么考虑以下区别：如果您不希望能够返回空/无结果值——您何时按值返回，何时按引用返回？通过值意味着您获得对象的副本，通过引用您仍然引用原始对象。同样适用于std::optional 与原始指针，只是现在您根本无法返回任何对象...