Back to Basics: Algebraic Data Types

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档介绍了代数数据类型（Algebraic Data Types）的基础知识，并说明了它们在C++中的实现。代数数据类型包括pair、tuple、optional和variant，这些类型在C++的不同版本中引入，分别具有不同的用途和特性。文档还比较了这些类型与std::any的区别，指出std::any并不是代数数据类型。

AI总结

《Back to Basics: Algebraic Data Types》总结

代数数据类型（Algebraic Data Types，ADT）是C++中一种基于数学概念的数据类型，通过“积类型”（product types）和“和类型”（sum types）的操作来描述类型的取值范围大小。以下是核心内容的总结：

### 1. 代数数据类型的数学基础
- **积类型**：表示多个类型的组合，取值范围是各类型取值范围的乘积。例如：
- `pair`：`256 × 2 = 512`种可能值。
- `tuple`：`256 × 256 × 2 = 131072`种可能值。
- **和类型**：表示多个类型的互斥，取值范围是各类型取值范围的和。例如：
- `variant`：`256 + 2 = 258`种可能值。

### 2. C++中的代数数据类型
- **pair**（C++98）：最基础的代数数据类型，用于组合两个值。
- **tuple**（C++11）：扩展了pair的概念，支持多个值的组合。
- **optional**（C++17）：表示可能存在或不存在的值，隐含了“或nullopt”。
- **variant**（C++17，C++20调整构造函数）：表示多个类型中的一种，需要通过`visit`方法操作。

### 3. 关键特点与共性
- **内存布局**：代数数据类型的内存布局具有确定性，例如pair的第一个成员位于偏移量为0的位置。
- **与std::any的区别**：std::any是类型擦除类型，无法通过数学描述其取值范围，而代数数据类型则具有明确的数学结构。

### 4. 应用与案例
- **optional**：适合表示可能没有值的场景。
- **variant**：适合表示多种互斥状态。
- **pair和tuple**：适合组合多个值，但tuple提供了更大的灵活性。

### 总结
代数数据类型通过数学的代数结构描述类型的取值范围，涵盖了pair、tuple、optional和variant四种类型。它们在C++中提供了一种更为高效和直观的数据表达方式。