C++17 中std::any 详解和代码示例

1. 什么是 std::any

• std::any 是 C++17 引入的一种类型安全的容器，可以存储任意类型的单个值。
• 它类似于“类型擦除”的容器：存储时不关心具体类型，取出时需要显式指定类型。
• 与 void* 的区别：std::any 保留了类型信息，取出时能安全检查。

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2. 定义与头文件

#include <any>std::any a;   // 默认空

• 空状态：刚创建或 reset() 后 any 为空 (has_value() == false)。

• std::any 可以存放：

  • 内置类型（int, double, …）
  • 自定义类
  • 智能指针
  • 任何可拷贝构造的类型

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3. 构造与赋值

std::any a = 10;          // 存 int
a = 3.14;                 // 存 double
a = std::string("Hello"); // 存 std::string

• 拷贝构造：复制存储的对象
• 移动构造：转移存储的对象，避免拷贝

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4. 主要接口

① 存储

std::any a(42);          // 构造存储 int
a = std::string("Hi");   // 赋值新值

② 判断是否存储

if (a.has_value()) {std::cout << "Not empty\n";
}

③ 类型信息

std::cout << a.type().name() << std::endl; 

⚠ type().name() 返回的名字依赖编译器，不保证可读。

④ 取值

必须用 std::any_cast<T>：

std::any a = 123;
int x = std::any_cast<int>(a); // OK

取引用，避免拷贝：

std::string s = "hello";
std::any a = s;std::string& ref = std::any_cast<std::string&>(a);  // 引用
ref[0] = 'H';  // 修改 a 内部的值

取指针，安全检查：

if (auto p = std::any_cast<int>(&a)) {std::cout << "Value = " << *p;
}

⑤ 清空

a.reset(); // 清空

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5. 使用示例

#include <iostream>
#include <any>
#include <string>int main() {std::any a;a = 42;std::cout << std::any_cast<int>(a) << std::endl;a = std::string("Hello");std::cout << std::any_cast<std::string>(a) << std::endl;// 安全检查if (auto p = std::any_cast<std::string>(&a)) {std::cout << "string length = " << p->size() << std::endl;}
}

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6. 实现原理（简要）

• std::any 内部采用 类型擦除（type erasure） 技术：

  • 保存一个 void* 指针 + vtable（记录复制/析构函数）。
  • 存储时构建对象并保存类型信息 typeid(T)。
  • 取出时 any_cast 检查类型是否匹配，不匹配则抛出 std::bad_any_cast 异常。

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7. 常见场景

• 通用容器（存放不同类型的数据）：

  std::vector<std::any> vec;
  vec.push_back(1);
  vec.push_back(3.14);
  vec.push_back(std::string("hi"));
  

• 插件系统 / 事件系统：不同模块通过 std::any 传递任意类型数据。

• 配置参数存储：存储不同类型的配置项。

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8. 常见坑点

1. 取值类型必须完全匹配

   std::any a = 1; 
   std::cout << std::any_cast<long>(a); //  抛出异常
   

   必须用 int 取。

2. 性能不是最好

   • std::any 内部需要堆分配（除非 SSO 优化）。
   • 如果追求性能，可以考虑 variant（固定类型集合）。

3. 存储类型必须可拷贝

   • 不能存储 unique_ptr 这种不可拷贝对象（C++20 后可通过 make_any 支持移动构造）。

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9. 对比其他类型擦除机制

特性	std::any	std::variant	void*
类型范围	任意类型	限定类型集合	任意类型
类型安全	✅	✅	❌
取值方式	any_cast	std::get	强制转换
运行时开销	较高	较低	较低

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10.事件系统示例：std::any 消息总线

1. 基础实现

#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include <vector>
#include <functional>
#include <any>class EventBus {
public:using Handler = std::function<void(const std::any&)>;// 订阅事件void subscribe(const std::string& eventName, Handler handler) {handlers[eventName].push_back(handler);}// 发布事件void publish(const std::string& eventName, const std::any& data) {if (handlers.find(eventName) != handlers.end()) {for (auto& h : handlers[eventName]) {h(data);}}}private:std::unordered_map<std::string, std::vector<Handler>> handlers;
};

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2. 使用示例

int main() {EventBus bus;// 订阅 int 事件bus.subscribe("score_update", [](const std::any& data) {if (auto p = std::any_cast<int>(&data)) {std::cout << "Score updated: " << *p << std::endl;}});// 订阅 string 事件bus.subscribe("message", [](const std::any& data) {if (auto p = std::any_cast<std::string>(&data)) {std::cout << "New message: " << *p << std::endl;}});// 订阅自定义类型事件struct Player {std::string name;int hp;};bus.subscribe("player_join", [](const std::any& data) {if (auto p = std::any_cast<Player>(&data)) {std::cout << "Player joined: " << p->name << ", HP=" << p->hp << std::endl;}});// 发布事件bus.publish("score_update", 100);bus.publish("message", std::string("Hello, EventBus!"));bus.publish("player_join", Player{"Alice", 150});return 0;
}

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运行结果示例

Score updated: 100
New message: Hello, EventBus!
Player joined: Alice, HP=150

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3.扩展示例

示例 1：广播多个监听者

bus.subscribe("message", [](const std::any& data) {if (auto p = std::any_cast<std::string>(&data)) {std::cout << "[Logger] " << *p << std::endl;}
});
bus.publish("message", std::string("Broadcast test"));

输出会触发 所有监听者：

New message: Broadcast test
[Logger] Broadcast test

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示例 2：事件驱动的游戏逻辑

bus.subscribe("enemy_killed", [](const std::any& data) {if (auto p = std::any_cast<int>(&data)) {std::cout << "Enemy killed, ID=" << *p << ", add 10 points!\n";}
});
bus.publish("enemy_killed", 42);

输出：

Enemy killed, ID=42, add 10 points!

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示例 3：异构事件队列

std::vector<std::pair<std::string, std::any>> eventQueue;
eventQueue.push_back({"score_update", 200});
eventQueue.push_back({"message", std::string("Queued event")});
eventQueue.push_back({"player_join", Player{"Bob", 120}});// 批处理所有事件
for (auto& [eventName, data] : eventQueue) {bus.publish(eventName, data);
}

输出：

Score updated: 200
New message: Queued event
Player joined: Bob, HP=120

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小总结

• std::any 让消息总线可以存储任意类型事件数据。
• 取值时用 std::any_cast<T>，类型安全。
• 适合事件系统、插件框架、异构数据流处理。

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总结

• std::any = 存任意类型的单值容器（运行时类型检查）。
• 存取用 std::any_cast<T>，类型不匹配会抛异常。
• 适合 异构容器、插件系统、配置存储。
• 缺点是 性能不如 variant，存取需小心类型。

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