std::variant与std::any在类型具有移动构造函数时的区别

Question

如果我有一个类型是std::is_nothrow_move_constructible，并且需要将其存储在std::any或std::variant中，您会建议使用哪个？为什么？哪一个会产生最少的开销？编辑：在使用std::variant和std::any方面有不同的用例吗？

class MyType
{
public:
   MyType(const MyType&) = default;
   MyType(MyType&&) = default;
   MyType() = default;
};

int main(int argc, char* argv[])
{
   static_assert(std::is_nothrow_move_constructible<MyType>::value, "Not move constructible");
   return 0;
}

- 0xBADF00

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它们被用于不同的目的。 - Rinat Veliakhmedov

当您知道可以存储哪些类型时（基本上是更安全的联合），请使用std::variant，当您不知道时，请使用std::any。 - ralismark

扩展@ralismark的观点：std::any基本上是围绕void*包装有用操作的封装。 - Caleth

对于 std::variant，您需要枚举可能的类型。如果您知道所有这些类型，那么最好，因为您能够处理它们所有。 （参见：variant::visit()）但是，对于 std::any，您应该为“意外”类型提供默认情况。 - titapo

任何和变量执行完全不同的操作。使用最适合您问题的模型。 - Kerrek SB

Answer 1

如果您知道类型，请使用 std::variant。在这种情况下，您知道所有可能的类型，并使用 std::variant::visit() 将访问者应用于变体。

如果您不知道，请使用 std::any。当处理通用类型时，您可以考虑这一点。换句话说，当类型不是先验已知时。

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哪一个会产生最少的开销？

std::variant，不能使用堆。这是不允许的。如果静态声明包含可能变量的结构，则没有实际方法可以将其自身的可能变体包含在其中，因为这样的结构可以很容易地显示为无限大小。来源。

相比之下，std::any 可能会这样做。因此，第一个将具有更快的构建和复制操作。

- gsamaras

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我很好奇，如果你甚至不知道void*或者std::any的可能类型，那么你如何使用它们呢？ - Passer By

@PasserBy 请查看此示例。不过我理解你的观点。也许我的回答中的这部分内容会让读者感到困惑，应该将其删除。你认为呢？ - gsamaras

从这个例子来看，我认为使用std::any更有说服力的原因是它使用可变数量的内存，因为类型（显然）最终已知。 - Passer By

在我的例子中，我提到了一种不会抛出异常的移动构造类型，根据cppreference，在std::any中不应该为这些类型分配堆内存。 “鼓励实现避免为小对象进行动态分配，但是这种优化只能应用于std::is_nothrow_move_constructible返回true的类型。” 那么在这种情况下，哪一个会产生更多的开销？ - 0xBADF00

@0xBADF00 我更新了我的回答。就像我说的，我同意你所说的，但总的来说我的回答是正确的。 - gsamaras

std::any不能与非可复制类型一起使用。没有构造函数或emplace调用不需要is_copy_constructible并将要存储的类型作为参数。因此，这并没有回答这个问题... - Jaime

Answer 2

std::any会从堆上分配存储空间来存放值。而std::variant不使用堆，因此在构造和复制方面更有效率，并且更加缓存友好，因为值直接存储在对象中，不涉及间接寻址和虚函数来访问它。

std::variant的接口更丰富，更易于使用。

std::any仅在由于某些原因无法使用std::variant时才有用。

- Maxim Egorushkin

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@PasserBy 您的陈述是错误的，访问不需要使用任何虚函数。 - Maxim Egorushkin

@PasserBy 这很简单：switch(variant.index()) { case 0: visitor(std::get<0>(variant); break; ...}。没有涉及到虚函数。std的实现更复杂，可以查一下，但仍然没有使用虚函数。 - Maxim Egorushkin

这是否真的属实：“std::any 从堆上分配了值的存储空间”？就我所理解的，对于那些无需抛出异常的移动构造小型类型，它不应该这样做。 - 0xBADF00

@0xBADF00 可能有一个小值优化，与 std::string 一样，它可以进行小字符串优化。然而，在一般情况下，它会从堆中分配存储空间。 - Maxim Egorushkin

@PasserBy 我不确定他们使用查找表实现的原因。然而，我坚持我的观点：variant 实现中没有涉及任何虚函数，值存储在对象内联中。而对于 any，任何对值的访问都涉及虚调用。 - Maxim Egorushkin

Answer 3

出于类型安全、松耦合和易维护的原因：

如果可能，建议使用variant而不是any。

因为本质上，std::any是在可克隆的std::unique_ptr<void, some_deleter>周围进行的糖衣包装。

它有一些保护措施来防止错误转换（它会抛出异常而不是崩溃，在许多程序中这意味着相同的事情）。

- Richard Hodges

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错误。使用deleter是实现细节。不适当地使用名义类型会泄漏底层抽象。由于错误使用的副作用，在实践中可能会遭受ABI问题的影响。 - FrankHB

@FrankHB 或许我应该说“语义上等同于”而不是“本质上是一个”。 - Richard Hodges

那通常仍然是错误的。它们在语义上是等价的，嗯，在抽象的哪个级别上？如果有的话，“本质”可以是像“类型擦除对象”之类的东西，但这不能直接由C++表达。等价性仅在编写C++代码之前发生，在此之前，两者都不是对方的糖。 - FrankHB