为什么在 std::variant 中禁止引用？

Question

我经常使用boost::variant 并且非常熟悉它。 boost::variant 不以任何方式限制有界类型，特别是它们可能是引用：

#include <boost/variant.hpp>
#include <cassert>
int main() {
  int x = 3;
  boost::variant<int&, char&> v(x); // v can hold references
  boost::get<int>(v) = 4; // manipulate x through v
  assert(x == 4);
}

我有一个真实的用例，将引用的变体用作其他数据的视图。

然后我惊讶地发现，std::variant 不允许引用作为有界类型，std::variant<int&, char&> 无法编译，它明确表示 here：

不允许变量包含引用、数组或 void 类型。

我想知道为什么不允许这样做，我没有看到技术原因。我知道std::variant 和boost::variant 的实现是不同的，所以也许与此有关？还是作者认为它不安全？

PS：我无法真正解决使用std::reference_wrapper 的std::variant 的限制，因为引用包装器不允许从基类型进行赋值。

#include <variant>
#include <cassert>
#include <functional>

int main() {
  using int_ref = std::reference_wrapper<int>;
  int x = 3;
  std::variant<int_ref> v(std::ref(x)); // v can hold references
  static_cast<int&>(std::get<int_ref>(v)) = 4; // manipulate x through v, extra cast needed
  assert(x == 4);
}

Answer 1

从根本上说，optional 和 variant 不允许引用类型的原因是对于这种情况下应该做什么分配（以及在较小程度上是比较）存在分歧。 optional 比 variant 更容易在示例中显示，所以我会坚持下去：

int i = 4, j = 5;
std::optional<int&> o = i;
o = j; // (*)

标记的行可以解释为：

1. 重新绑定o，这样&*o == &j。由于这一行，i 和 j 的值本身保持不变。
2. 通过o 分配，例如&*o == &i 仍然为真，但现在i == 5。
3. 完全禁止分配。

Assign-through 是通过将= 推送到T 的= 得到的行为，rebind 是一种更合理的实现，是您真正想要的（另请参阅this question，以及Reference Types 上的 Matt Calabrese 演讲）。

解释 (1) 和 (2) 之间区别的另一种方式是我们如何在外部实现两者：

// rebind
o.emplace(j);

// assign through
if (o) {
    *o = j;
} else {
    o.emplace(j);
}

Boost.Optional 文档提供了这个理由：

为分配已初始化可选引用选择了重新绑定语义，以提供初始化状态之间的一致性，即使以与裸 C++ 引用的语义缺乏一致性为代价.确实，optional<U> 在初始化时尽可能地表现得像 U 一样；但是在U 是T& 的情况下，这样做会导致与左值初始化状态不一致的行为。

想象optional<T&> 转发分配给被引用对象（从而改变被引用对象的值但不重新绑定），并考虑以下代码：

optional<int&> a = get();
int x = 1 ;
int& rx = x ;
optional<int&> b(rx);
a = b ;

任务是做什么的？

如果a未初始化，答案很明确：它绑定到x（我们现在有另一个对x 的引用）。但是如果 a 已经初始化了怎么办？它会改变被引用对象的值（不管是什么）；这与其他可能的情况不一致。

如果optional<T&> 会像T& 那样赋值，那么除非你的代码在赋值后能够正常工作，否则a 别名相同对象是否为b。

也就是说，您必须进行区分才能保持一致。

如果在您的代码中重新绑定到另一个对象不是一个选项，那么第一次绑定很可能也不是。在这种情况下，应禁止分配给 未初始化 optional<T&>。很有可能在这种情况下，左值必须已经初始化是一个先决条件。如果不是，那么第一次绑定是可以的，而重新绑定不是，这是 IMO 不太可能的。在这种情况下，您可以直接分配值本身，如下所示：

assert(!!opt);
*opt=value;

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对该行应该做什么缺乏一致意味着更容易完全禁止引用，因此optional 和variant 的大部分值至少可以使其适用于 C++17 并开始有用.以后总是可以添加参考资料——或者争论是这样的。