optional

std::optional 是 C++17 引入的模板类，表示"可能有值，也可能为空"的语义。它是函数返回"可能失败"结果时最干净的表述方式，替代了用哨兵值（如 -1、nullptr）或返回 pair<bool, T> 的做法。

头文件与基本特征

#include <optional>

特征	说明
作用	安全表示"可能有值"的语义
为空时	has_value() 返回 false
访问值	value() 或 * / ->，为空时 value() 抛异常
默认值	value_or(default) 为空时返回默认值
不是指针	值语义，可拷贝、移动，无动态内存分配

基本用法

#include <iostream>
#include <optional>
#include <string>

std::optional<int> parse(const std::string& s) {
    if (s.empty()) {
        return std::nullopt;  // 空 optional
    }
    return std::stoi(s);      // 有值
}

int main() {
    std::optional<int> r1 = parse("42");
    std::optional<int> r2 = parse("");

    if (r1.has_value()) {
        std::cout << "r1 = " << r1.value() << '\n';  // 42
    }

    std::cout << "r2 default = " << r2.value_or(-1) << '\n';  // -1

    return 0;
}

常用接口

接口	作用
has_value()	是否有值
value()	获取值，为空抛 std::bad_optional_access
operator* / operator->	访问内部值（不检查）
value_or(default)	有值则返回，否则返回默认值
reset()	清空
emplace(args...)	原地构造
std::nullopt	表示空 optional

典型场景

1. 函数返回"可能找不到"的结果（替代 pair<bool, T> 或指针）。
2. 配置项中的可选字段。
3. 缓存的"已计算/未计算"状态。

std::optional<std::string> findUser(int id) {
    if (id <= 0) return std::nullopt;
    return "user_" + std::to_string(id);
}

使用注意

1. * 和 -> 在空时不抛异常，是未定义行为——优先 has_value() 或 value()。
2. optional 的值本身存储在栈上（或容器内），不需要堆分配。
3. 不要用 optional<T&>（C++17 不支持引用 optional）。

小结

std::optional 让"可能为空"成为类型系统的一部分。用它替代哨兵值和输出参数后，接口意图更明确，调用侧的逻辑也更清晰。