如何使用std::shared_ptr与std::any实现带类型安全检查的非模板数据容器？

这是个非常实用的需求——用std::shared_ptr<void>做类型擦除确实能实现存储任意类型，但类型检查的缺失很容易导致运行时错误。结合C++17的特性，我们可以完美解决这个问题，同时完全满足你的所有要求。

方案一：手动维护类型信息（轻量可控） #

核心思路是在容器里额外存储一份数据的类型标识，在get()时对比目标类型和存储类型是否一致，不匹配则抛出异常。这里用std::type_index来存储类型信息，开销极小：

#include <memory>
#include <typeindex>
#include <stdexcept>

class Container {
    std::shared_ptr<void> data_;
    std::type_index type_id_;

    // 禁用拷贝/移动，符合你的需求
    Container(const Container&) = delete;
    Container& operator=(const Container&) = delete;
    Container(Container&&) = delete;
    Container& operator=(Container&&) = delete;

public:
    Container() = default;

    // 对外暴露的set接口：直接接收任意shared_ptr<T>，自动记录类型
    template<typename T>
    void set(const std::shared_ptr<T>& ptr) {
        data_ = ptr;
        type_id_ = std::type_index(typeid(T));
    }

    // 对外暴露的get接口：指定目标类型，类型不匹配则抛异常
    template<typename T>
    std::shared_ptr<T> get() {
        if (type_id_ != std::type_index(typeid(T))) {
            throw std::bad_cast(); // 也可以返回nullptr，根据需求调整
        }
        return std::static_pointer_cast<T>(data_);
    }

    // 可选：添加类型检查方法，避免不必要的异常
    template<typename T>
    bool holds_type() const {
        return type_id_ == std::type_index(typeid(T));
    }
};

这个方案的优势是极致轻量，只比原来的std::shared_ptr<void>方案多存储一个std::type_index（本质是整数），完全没有额外的性能开销，同时保证了类型安全。

方案二：用std::any包装std::shared_ptr（简洁易用） #

C++17的std::any本身就是为类型安全的类型擦除设计的，我们可以直接用它来存储std::shared_ptr<T>，让std::any帮我们处理类型检查：

#include <memory>
#include <any>
#include <stdexcept>

class Container {
    std::any data_;

    // 禁用拷贝/移动
    Container(const Container&) = delete;
    Container& operator=(const Container&) = delete;
    Container(Container&&) = delete;
    Container& operator=(Container&&) = delete;

public:
    Container() = default;

    template<typename T>
    void set(const std::shared_ptr<T>& ptr) {
        data_ = ptr; // 直接将shared_ptr<T>存入std::any
    }

    template<typename T>
    std::shared_ptr<T> get() {
        try {
            return std::any_cast<std::shared_ptr<T>>(data_);
        } catch (const std::bad_any_cast& e) {
            // 可以重新抛出自定义异常，或者返回nullptr
            throw std::bad_cast();
        }
    }

    template<typename T>
    bool holds_type() const {
        return data_.type() == typeid(std::shared_ptr<T>);
    }
};

关于你补充的疑问：用std::any存std::shared_ptr是不是良好实践？ #

完全是良好实践，原因如下：

1. 标准库原生支持：std::any是C++17标准引入的类型安全类型擦除工具，经过充分测试，比手动维护类型信息更可靠，不容易出错。
2. 无数据拷贝：我们存储的是std::shared_ptr<T>的副本，而不是T本身，所以完全不会拷贝你说的“大体积数据”，只是复制了一个智能指针（开销可以忽略）。
3. 代码简洁：不需要手动处理类型对比和存储，std::any_cast会自动完成类型检查，代码可读性和可维护性更好。

方案对比与选择 #

• 如果你对性能有极致要求（比如嵌入式场景），可以选择手动维护类型信息的方案，它的开销几乎可以忽略。
• 大多数常规场景下，std::any方案更推荐，因为代码更简洁、更符合现代C++风格，且标准库已经帮我们处理了所有类型安全的细节。

两种方案都严格遵循了你的API设计要求：set()接收任意std::shared_ptr<T>，get<U>()返回std::shared_ptr<U>且类型不匹配时会触发安全检查。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Yuchen Wu