一個讓代碼可讀性暴增的現代C++特性，同事看了都說好！
作者：everystep
來看看 C++23 帶來的三個超酷的魔法技能！就像是給你的 optional 裝備了三件神器一樣。
嘿，小伙伴們！你是否經常遇到這樣的煩惱：某個值它可能存在，也可能不存在，就像薛定諤的貓一樣？
比如說：
- 想找找配置文件里有沒有那個神秘的設置項
- 在數據庫里尋找那個可能已經"蒸發"的用戶記錄
- 解析用戶輸入的數據（天知道他們會輸入什么奇怪的東西！）
在 C++17 這位英雄出現之前，我們都是這樣痛苦地處理的：
// ?? 老方法1：用指針來搞定
User* findUser(const string& name) {
// 找到了就返回指針，找不到就返回 nullptr
// 但是等等...這個指針誰來刪啊？記不住刪除的話就內存泄漏啦！??
}
// ?? 老方法2：用 pair 大法
pair<User, bool> findUser(const string& name) {
// 返回一個值和一個標志位
// 但是...就算沒找到也要構造一個 User 對象，這不是白白浪費資源嘛！??
}但是！現在有了 std::optional，一切都變得簡單優雅了！
就像給代碼加了魔法一樣，再也不用為這些煩惱而頭疼了！
一、實戰示例
1. 和數據庫玩捉迷藏
#include <optional>
#include <string>
// 用戶類 - 簡單但夠用 ??
class User {
std::string name;
int age;
public:
User(std::string n, int a) : name(n), age(a) {}
void sayHi() { std::cout << "我是" << name << "，" << age << "歲~" << std::endl; }
};
// 尋找用戶 - 返回 optional ??
std::optional<User> findUser(const std::string& name) {
if (name == "張三") {
return User("張三", 25); // 找到啦! ?
}
return std::nullopt; // 沒找到... ??
}
int main() {
// 方法1: 直接判斷 - 簡單粗暴 ??
if (auto user = findUser("張三")) {
user->sayHi(); // 張三出現啦!
}
// 方法2: value_or - 永遠有備胎 ??♂?
auto user = findUser("李四").value_or(User("替補", 18));
}看，使用 std::optional 讓我們的代碼變得多么優雅！再也不用寫那些煩人的空指針檢查了。就像是給代碼裝上了自動駕駛系統，不管找沒找到用戶，都能優雅地處理！
小貼士：
- value_or() 就像是你的救生圈，隨時準備救場
- 用 if (user) 判斷比 if (user != nullopt) 更簡潔優雅
- 記住，這不是指針，是更智能的存在！就像是給數據穿上了防彈衣 ???
2. 配置小助手：端口號探險記
// 我們的端口號偵探 ??
std::optional<int> parsePort(const std::string& config) {
// 先看看是不是都是數字 ??
if (!std::all_of(config.begin(), config.end(), ::isdigit)) {
return std::nullopt; // 發現不是數字的字符，任務失敗！??♂?
}
// 轉換成數字（這里一定成功，因為已經檢查過了）
int port = std::stoi(config);
// 端口號體檢時間！確保它身體健康 ??
if (port > 0 && port < 65536) {
return port; // 這個端口號合格，準許通過！?
}
return std::nullopt; // 抱歉，這個端口號不合格 ??
}
void startServer() {
// 如果 8080 端口不行，就啟用我們的替補選手 80 端口！??♂?
auto port = parsePort("8080")
.value_or(80); // 永遠要有 Plan B！
std::cout << "火箭發射！?? 服務器已啟動在端口: " << port << std::endl;
}看，我們的端口號探險家變得更加穩健了！通過提前檢查輸入字符串，我們優雅地避開了異常處理，代碼更加清晰易讀。就像是給我們的小助手配備了 X 光視覺，能提前發現潛在的問題！???
小提示：
- 使用 std::all_of 優雅地檢查輸入的有效性，比 try-catch 更加直觀
- value_or() 依然是我們的安全網，在解析失敗時提供默認值
- 范圍檢查確保端口號在合理區間內，保證服務器的安全運行 ???
3. 鏈式調用的魔法 ? (C++23)
// ?? 我們的主角們
std::optional<User> findUser(const std::string& name); // 尋人啟事
std::optional<std::string> getUserEmail(const User& user); // 獲取郵箱大師
std::optional<bool> sendEmail(const std::string& email); // 郵件快遞員
void notifyUser(const std::string& username) {
// ?? 見證魔法的時刻！就像雜技演員的完美配合
auto result = findUser(username) // 第一位演員：找到用戶
.and_then(getUserEmail) // 第二位演員：獲取郵箱
.and_then(sendEmail) // 第三位演員：發送郵件
.value_or(false); // ?? 觀眾不滿意就返回 false
if (result) {
std::cout << "Ta-da! ?? 郵件成功送達！" << std::endl;
} else {
std::cout << "哎呀，表演失敗了... ??" << std::endl;
}
}小提示：
- and_then 就像魔術師的接力棒，一個動作完成后才會傳給下一個
- 任何一個環節失敗，整個魔術表演就會停止
- value_or 就像是我們的保底計劃，魔術失敗也不會讓觀眾失望！
二、使用小貼士
(1) 選擇 value_or() 做你的安全網
- value() 就像個炸彈，一不小心就會爆炸（拋異常）
- value_or() 則像個可靠的好朋友，永遠給你準備好 Plan B
(2) 條件判斷玩法 - 簡單又帥氣！
// 像變魔術一樣優雅 ?
if (auto user = findUser("張三")) {
// 哇！張三出現了！直接用 *user 打招呼
// 再也不用寫又臭又長的判空檢查啦～
}(3) optional 是個神奇的盒子，不是指針！
- 不用擔心內存泄漏，它會自己收拾好一切
- 值就住在盒子里，不用到處跑來跑去
- 就像哆啦A夢的口袋，想要的時候就能拿出來！
三、高級特性詳解
1. optional 的百變造型秀
// 來看看 optional 的各種裝扮！
std::optional<int> op1; // 空空如也的 optional ??
std::optional<int> op2(std::nullopt); // 明確說"我是空的"的 optional ??♂?
std::optional<int> op3(42); // 裝著數字42的 optional ??
std::optional<int> op4 = 42; // 同上，但寫法更時髦 ?
std::optional<int> op5(op3); // 復制一個一模一樣的 optional ??
// 最潮的創建方式 - make_optional
auto op6 = std::make_optional(42); // 讓編譯器自己猜類型，懶人必備！??小貼士：
- 就像變形金剛一樣，optional 有多種形態可以變換！
- std::nullopt 就像是 optional 的休假狀態 ???
- make_optional 就像是個智能助手，幫你省去寫類型的麻煩 ??
2. optional 值的獲取大法
std::optional<std::string> getMessage() {
return "你好呀~"; // 返回一個可愛的問候 ??
}
void demo() {
auto msg = getMessage();
// 1. value() 大法 - 勇者無畏版 ??
// 警告：這招威力巨大，失手可能會炸！??
try {
std::string str = msg.value();
} catch(const std::bad_optional_access& e) {
// 哎呀，炸了... ??
std::cout << "啊！value() 炸了，快來救火！" << std::endl;
}
// 2. 星號(*) 和箭頭(->) 大法 - 忍者偷襲版 ??
// 溫馨提示：使用前請確認目標已經存在，否則...??
if (msg) { // 先用探測術確認一下
std::cout << *msg << std::endl; // 解封印！
std::cout << msg->length() << std::endl; // 使用飛鏢攻擊！
}
// 3. value_or() 大法 - 穩妥派必備 ???
// 這招最安全，就算失敗也有替補方案！
std::string str = msg.value_or("我是替補選手~"); // 永遠不會空手而歸！
}武功秘籍：
- value() 就像是一招絕技，威力巨大但風險也高 ??
- 星號解引用就像是忍者的飛鏢，要確保目標存在才能使用 ??
- value_or() 則是最穩妥的功夫，隨時準備好了 Plan B ???
記住：真正的高手都喜歡用 value_or()，因為他們知道，留得青山在，不怕沒柴燒！??
3. C++23 的魔法三劍客
來看看 C++23 帶來的三個超酷的魔法技能！就像是給你的 optional 裝備了三件神器一樣~
// 首先，我們需要兩個可靠的小幫手 ??
std::optional<int> safe_divide(int a, int b) {
if (b == 0) return std::nullopt; // 除以0？不存在的！??♂?
return a / b;
}
std::optional<std::string> number_to_string(int n) {
return std::to_string(n); // 數字變字符串，變變變！?
}
void monadic_demo() {
// ?? 第一招：transform - 數值煉金術！
auto result1 = safe_divide(10, 2)
.transform([](int n) { return n * 2; });
// 安全除法后再翻倍，就像給數字開掛一樣！結果是 optional<int>(10)
// ?? 第二招：and_then - 完美接力賽！
auto result2 = safe_divide(10, 2)
.and_then([](int n) {
return number_to_string(n);
});
// 像接力跑一樣，先除法，成功了就轉字符串，結果是 optional<string>("5")
// ?? 第三招：or_else - 神奇替補隊員！
auto result3 = safe_divide(10, 0)
.or_else([]() {
return std::optional<int>(0);
});
// 哎呀，除以0失敗了？沒關系！替補選手0上場！結果是 optional<int>(0)
}魔法使用指南：
- transform 就像是煉金術，能把值變成另一種值，但保持 optional 的外殼不變
- and_then 就像是接力跑選手，上一棒成功才會接力給下一棒
- or_else 就像是你的替補選手，主力隊員受傷了它立馬頂上！
有了這三個法術，處理可選值簡直就像變魔術一樣簡單！再也不用寫那些煩人的 if 判斷啦~
四、optional 的內部秘密 - 性能大揭秘
想知道 optional 是怎么把魔法實現的嗎？讓我們一起來揭開它的面紗！
template<typename T>
class optional {
bool has_value_; // 1個字節的魔法開關 ???
alignas(T) char data_[sizeof(T)]; // 數據的秘密基地 ??
// ... 其他神秘咒語 ...
};optional 的空間管理藝術
想象一下，optional 就像是一個精心設計的迷你公寓：
(1) 超級節省的空間布局
- 只比原始類型多用了一個字節（就是那個魔法開關）
- 就像在你的房間里加了個小小的電燈開關一樣簡單！
(2) 完美的內存對齊
- 數據存儲空間會自動對齊，就像把家具完美擺放在格子里
- 比如 optional<int> 通常占用 8 字節（4字節int + 1字節標志 + 3字節對齊填充）
(3) 極速性能表現
- 沒有動態內存分配，所有數據都乖乖待在棧上
- 就像所有東西都放在手邊，想拿就拿，超級方便！
小彩蛋：對于可以簡單拷貝的類型（trivially copyable）， optional 還會開啟特殊加速模式，就像給你的代碼裝上了小型火箭推進器！
五、優秀實踐錦囊
來看看使用 optional 的幾個武林秘籍，讓你的代碼更上一層樓！
1. 跟"魔法值"說拜拜
// ?? 這樣寫就像給代碼下咒語，誰知道 -1 是什么意思？
int findIndex() {
return -1; // 這個魔法值會讓后人摸不著頭腦！
}
// ? 這樣寫就像水晶球一樣透明，一看就懂！
std::optional<size_t> findIndex() {
// 找到了就返回索引，找不到就優雅地返回 nullopt
// 再也不用解釋那個神秘的 -1 是什么意思啦！
}2. 結構化綁定：完美搭檔
// 就像功夫片里的雙節棍，一出手就知有沒有！
if (auto [value, success] = getValue(); success) {
// value 在這里已經準備就緒，可以大顯身手了！
// 多優雅啊，不用再寫又臭又長的判斷了 ??
}3. 遠離套娃陷阱
// ?? 這樣寫就像俄羅斯套娃，讓人頭暈眼花
std::optional<std::optional<int>> nested; // 套娃警告！??
// ?? 這樣寫就清爽多了，簡單直接！
std::optional<int> better; // 干凈利落，一目了然！小貼士：
- optional 就像是一個魔法盒子，但不要把盒子套盒子哦！
- 結構化綁定就是你的好幫手，讓代碼更清晰易讀
- 記住：簡單就是美，過度包裝反而會把事情搞復雜！
有了這些秘籍，你的代碼一定會變得更加優雅漂亮！讓我們一起告別那些神秘兮兮的魔法值，擁抱現代 C++ 的美好吧！
現在，告別那些又臭又長的返回值檢查吧！讓 std::optional 來拯救你的代碼！
責任編輯：趙寧寧
來源：
everystep
