什么时候使用 boost::optional，什么时候使用 std::unique_ptr，在需要实现一个可以返回“无”值的函数时？

Question

据我所了解，您可以有两种方式实现一个函数，有时不返回结果（例如在人员列表中找不到某个人）。

*- 我们忽略裸指针版本，可以使用带有布尔标志的pair或抛出异常的版本。

boost::optional<Person> findPersonInList();

或者

std::unique_ptr<Person> findPersonInList();

那么有没有理由更喜欢其中一个而不是另一个呢？

- NoSenseEtAl

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“*- 我们忽略原始指针版本，使用带有布尔标志的pair。” -> 这是什么意思？…一个 unique_ptr 对于查找操作非常不合适，你需要的正是一个原始指针，而布尔标志是完全不必要的！ - Andrei Tita

简洁翻译：始终使用boost::optional。 - Konrad Rudolph

为什么牵涉到所有权？ - R. Martinho Fernandes

@R.MartinhoFernandes：这也让我感到困扰；返回句柄和副本之间有很大的区别。 - Matthieu M.

@R.MartinhoFernandes 因为我不是一个好的程序员。但是在SO上很好的人回答了我的问题，所以今天我学到了一些东西。 :) - NoSenseEtAl

Answer 1

这取决于您希望返回一个“句柄”还是一个“副本”。

如果您希望返回一个“句柄”，则以下两个选择都可以：

- Person* - boost::optional<Person&>

我倾向于使用一个Ptr<Person>类，如果出现空访问就会抛出异常，但这是我的偏执狂。

如果您希望返回一个“副本”，则对于非多态类，可以使用boost::optional<Person>，对于多态类，需要使用std::unique_ptr<Person>，因为动态分配会产生开销，因此只在必要时使用它。

- Matthieu M.

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不使用指针就不必在空访问时抛出异常（你几乎永远不应该有空指针）。 - Cat Plus Plus

你更倾向于抛出NotFound而不是NullPointer吗？它们有什么区别？ - Matthieu M.

回复你的评论：NotFound 很明显更受青睐，因为它更直接地表达了语义。然而，在这个上下文中抛出异常也不是一个好的选择。 - Konrad Rudolph

@KonradRudolph：我倾向于使用空指针替代方案，因为这样客户端就可以自行决定是显式检查还是依赖异常。如果客户端期望可能为空值，则最好显式检查（使用早期返回的 if 比嵌套 try/catch 更简洁），如果他们不期望它（这次没有意义），他们仍然受到保护。 - Matthieu M.

@R.MartinhoFernandes：该死！:p - Matthieu M.

Answer 2

通常情况下，您的意图应该使用boost::optional表达而不是std::unique_ptr。尽管如此，特殊情况下的find操作可能应该遵循标准库的方式来实现，假定您底层类型具有迭代器的概念：如果找不到元素，则返回指向end()的迭代器；否则返回指向该元素的迭代器。

- Konrad Rudolph

Answer 3

boost::optional 更清晰地表明了您的意图。您需要明确记录空的 std::unique_ptr 表示没有值可返回。

- Andriy Tylychko

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我不同意，空指针（无论是原始的还是智能的）已经 几十年 表示结果缺失了，它很普遍。 - Matthieu M.

@MatthieuM：可能我解释得不清楚。如果一个函数返回一个std::unique_ptr，它可能没有返回值，并不明显，因为相似的总是返回值的函数将具有相同的签名。 - Andriy Tylychko

那我们只能各持己见了，对我来说指针总是和可能的空值相呼应...但我很多疑。 - Matthieu M.

“更清晰地表达您的意图”是明确的。 boost :: optional的目的就是表达这个特定意图。因此，基本上，它更清晰，按定义而言。在这里没有什么好反对的，这是一个事实性的论点。此外，您忽略了unique_ptr的内在语义：它表示（独占）所有权。 - Konrad Rudolph

我同意boost::optional能更清晰地表达意图，但如果您查看我的答案，您将会发现它存在一些潜在问题。它的本意是存储一个值，而不是动态分配的类，因此不适用于拥有多态类实例的情况。那时，您应该使用std::unique_ptr，在其上包装boost::optional来表达它可能为空是没有意义的。 - Matthieu M.

如你所说，空指针已经用来表示无结果的情况几十年了 - 但这并不意味着这是个好主意：链接 Tony Hoare / 历史上糟糕的想法：“空引用：价值十亿美元的错误” 摘要：我称之为我的十亿美元错误。它是在1965年发明了空引用。当时，我正在设计第一个完整的引用类型系统，用于一种面向对象语言（ALGOL W）…… - Paul Delhanty

Answer 4

有第四种方法可以实现：如果未找到任何内容，则使函数抛出异常。

我知道这并没有真正回答你的问题，因此我很抱歉，但也许你还没有考虑过这个方法。

- ibizaman

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嗨，我本来打算在 * :) 中添加这个功能，但还是谢谢。基本上，我不喜欢使用 ex 作为消息机制。 :D - NoSenseEtAl

如果集合中可能没有你要查找的元素，那么异常绝对不适用。我可以想象很快就会寻找不到我要找的不同短语；再加上异常开销，看起来就像一场灾难。 - Bartek Banachewicz

对我来说，异常处理的开销不在运行时，而是在源代码中。try-catch引入了两个单独的作用域，您需要进行一些技巧才能从中获得任何东西（即，您需要在try-catch之外声明一个变量，以便稍后使用它；您会让所有东西都具有默认构造函数吗？）。 - R. Martinho Fernandes

@R.MartinhoFernandes：谁需要类不变量？ - Matthieu M.

Answer 5

啊，Xeo还没有露面吗？

好的，我告诉过你一次，现在再说一遍：这两个对象完全不同，用途也不同。

- “unique_ptr”表示“我拥有一个对象”。这只是另一种说法，“我是一个对象”。因此，null unique_ptr是一种可以引起注意的东西。我期望得到一个对象，但我什么都没得到；代码一定有问题！ - “optional”表示“我有时可能未被初始化，但没关系”。在这种情况下，不必担心；如果是“None”，那是已经考虑过的行为。

两者都可以隐式转换为bool，并不意味着它们可以互换使用。“optional”适用于可能不会产生任何输出的代码（例如读取流）。在工厂对象中使用“unique_ptr”；它们很可能为您创建一个对象，如果不成功则抛出异常。

关于您的示例的结论：find应返回optional。

- Bartek Banachewicz

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我不理解为什么会有人害怕空的 unique_ptr。C++ 标准中并没有规定 unique_ptr 不能是空的。而且，对我来说，一个空的 unique_ptr 完美地表达了“未找到”的含义，就像 optional 一样。在我看来，optional 的真正优势在于，你不必像 Matthieu 所说的那样支付动态内存分配的成本。 - Chris Drew

Answer 6

概念上来说，考虑到可为空的要求：

- `std::optional` 具有值语义，存储于栈中。 - `std::unique_ptr` 具有移动语义，存储于堆中。

如果您需要值语义和堆存储，请使用 `std::indirect`。详情请查看http://open-std.org/JTC1/SC22/WG21/docs/papers/2016/p0201r1.pdf。

（如果您需要移动语义和栈存储...我不知道。也许是使用带有栈分配器的 `unique_ptr`？）

- alfC

Answer 7

那么有没有理由更喜欢其中一个？

它们表达的意图非常不同：optional表示函数可能不会给你返回结果（这不是错误情况）。unique_ptr告诉你一些关于所有权语义的信息（并且更适合与null一起使用，以表示错误）。

通常我会使用最能表达接口背后意图的那个。

例如，考虑你正在编写一个HTTP服务器，试图将接收到的缓冲区解析为HTTP请求对象。当你尝试解析不完整的缓冲区时，没有错误情况，你只需等待并缓冲更多数据，然后再次尝试。

我会使用optional来表达这一点，以明确函数可能不返回任何内容（而不返回任何内容不是错误情况）。

如果我的解析需要验证某些东西（例如，正则表达式解析器应在解析的表达式无效时产生错误），我会返回一个空的unique_ptr，或者更好的方法是抛出异常。

- utnapistim