如何在C++中实现类似SML的‘one of’数据类型？

SML里的datatype element = NONE | Value of Structure;本质是可选类型，用来表示一个值要么存在（为Structure类型实例），要么不存在（对应NONE）。C++里有几种成熟的实现方式，不用局限于仅支持常量的enum：

1. 使用C++17的std::optional（推荐） #

这是标准库提供的最贴合需求的方案，专门用来处理"存在/不存在"的可选值场景：

#include <optional>

// 假设你的Structure类型定义如下
struct Structure {
    // 自定义成员，比如：
    int id;
    std::string name;
};

// 函数返回可选的Structure实例
std::optional<Structure> get_element() {
    if (/* 满足值存在的业务条件 */) {
        return Structure{1, "example"};
    } else {
        return std::nullopt; // 对应SML中的NONE
    }
}

// 使用示例
int main() {
    auto elem = get_element();
    if (elem.has_value()) {
        // 访问存在的值：用*elem 或 elem.value()
        Structure& val = *elem;
        // 处理val的逻辑
    } else {
        // 处理无值（NONE）的逻辑
    }
}

2. 使用C++17的std::variant（通用变体类型） #

如果需要扩展支持更多类型的"one of"场景，std::variant可以表示多种类型中的一种，这里用它绑定std::monostate（对应NONE）和Structure：

#include <variant>
#include <iostream>

struct Structure {
    int data;
};

// 定义对应SML的element的变体类型
using Element = std::variant<std::monostate, Structure>;

Element get_element() {
    if (/* 条件满足 */) {
        return Structure{42};
    } else {
        return std::monostate{}; // 对应NONE
    }
}

// 通过std::visit处理不同状态
void process_element(const Element& elem) {
    std::visit([](auto&& arg) {
        using T = std::decay_t<decltype(arg)>;
        if constexpr (std::is_same_v<T, std::monostate>) {
            std::cout << "Got NONE\n";
        } else if constexpr (std::is_same_v<T, Structure>) {
            std::cout << "Got Structure with data: " << arg.data << "\n";
        }
    }, elem);
}

3. 手动实现可选类型（兼容C++17之前版本） #

如果项目使用老版本C++，可以自己封装一个简单的可选类型：

#include <cassert>

struct Structure {
    // 自定义成员
};

class OptionalStructure {
private:
    bool has_value_ = false;
    Structure value_;
public:
    // 构造无值（NONE）的实例
    OptionalStructure() = default;
    // 构造带值的实例
    OptionalStructure(const Structure& val) : has_value_(true), value_(val) {}
    
    bool has_value() const { return has_value_; }
    const Structure& value() const {
        assert(has_value_ && "Accessing value when none exists");
        return value_;
    }
};

// 函数返回示例
OptionalStructure get_element() {
    if (/* 业务条件 */) {
        return Structure{};
    } else {
        return OptionalStructure{};
    }
}

enum不适用的核心原因是它只能表示离散的常量值，无法携带自定义类型（比如Structure）的实例数据，而上面的几种方案都能完美解决"返回Structure实例或无值"的需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ghassen