optional

学习定位：现代 C++ 核心知识。std::optional 是 C++17 起日常开发很常见的返回值表达方式，C++20 路线中应作为“可能没有值”的首选工具之一。

一句话：表示“可能有值，也可能没值”，替代 -1 / nullptr / 输出参数。

核心操作

操作	代码示例	说明
创建空值	std::optional<int> o; std::optional<int> o = std::nullopt;	初始无值
创建有值	std::optional<int> o = 42; auto o = std::make_optional(42);	直接存值
判断是否有值	if (o) { ... } if (o.has_value()) { ... }	用于分支判断
取值（不检查）	int x = *o;	无值时 未定义行为，必须自己保证有值
取值（抛异常）	int x = o.value();	无值时抛 std::bad_optional_access
取值或默认值	int x = o.value_or(0);	无值时返回默认值
重置为空	o.reset(); o = std::nullopt;	清空
原地构造	o.emplace(42);	避免临时对象

适用场景

1. 查找/解析函数可能失败

std::optional<int> parse_int(const std::string& s) {
    if (s.empty()) return std::nullopt;
    return std::stoi(s);   // 简化，实际要处理异常
}
 
// 使用
if (auto num = parse_int("123")) {
    std::cout << "got " << *num << '\n';
} else {
    std::cout << "invalid\n";
}

2. 类的可选成员（配置项未设置）

struct Config {
    std::optional<int> timeout;   // 未设置时无值
    std::optional<std::string> log_file;
};
 
Config cfg;
if (cfg.timeout) {
    use_timeout(*cfg.timeout);
} else {
    use_default_timeout();
}

3. 避免输出参数（让代码更清晰）

// 传统写法（不推荐）
bool divide(int a, int b, int& result);
 
// optional 写法
std::optional<int> divide(int a, int b) {
    if (b == 0) return std::nullopt;
    return a / b;
}

4. 缓存 / 懒加载

class HeavyObject {
    std::optional<Expensive> cache;
public:
    const Expensive& get() {
        if (!cache) cache = Expensive::compute();
        return *cache;
    }
};

避坑点

• 不要存引用（目前标准不支持）。若需要可选引用，用 T*：

  // 错误：std::optional<int&> ref;
  // 正确：int* ptr = nullptr;

• *opt 前必须检查：

  std::optional<int> o;
  int x = *o;          // 未定义行为！崩溃

• optional<bool> 容易被误解（三种状态：空、true、false）：

  std::optional<bool> flag;
  if (flag) { ... }             // 只检查是否有值，不检查值本身
  if (flag.value_or(false)) { ... }  // 要检查值时这样写

• 大对象放进 optional 不会自动变高效：拷贝时仍会拷贝整个对象。可用 std::optional<std::unique_ptr<T>> 或 std::optional<T&>（C++26）。

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总结记忆：看见“可能没值”，优先考虑 optional；取前先 if (opt)；用 * 要自己保证有值，value_or 适合提供默认值。