C++ std::optional值的单体操作 and_then与or_else怎么用

std::optional是C++17引入的模板类，用于表示一个可能存在也可能不存在的值，避免了使用裸指针或者特殊值标记空值的弊端。在C++23中，std::optional新增了and_then和or_else两个单体操作接口，进一步提升了处理optional值的逻辑表达能力。

and_then接口的基本用法

and_then接口的作用是当std::optional对象有值时，对其内部的值执行传入的可调用对象，并且要求可调用对象的返回值必须是另一个std::optional类型。如果原optional对象为空，那么直接返回空的optional，不会执行传入的可调用对象。

它的函数签名大致如下：

template <class T>
template <class F>
constexpr auto optional<T>::and_then(F&& f) & {
    if (*this) {
        return std::invoke(std::forward<F>(f), **this);
    } else {
        return std::remove_cvref_t<std::invoke_result_t<F, T>>();
    }
}

下面是一个实际的使用示例，假设我们有一个函数可以根据用户ID查询用户的年龄，返回std::optional<int>，还有一个函数可以根据年龄判断用户是否成年，返回std::optional<bool>：

#include <optional>
#include <iostream>
#include <string>

// 模拟根据ID查询年龄，ID为1返回20，其他返回空
std::optional<int> get_age_by_id(int id) {
    if (id == 1) {
        return 20;
    }
    return std::nullopt;
}

// 根据年龄判断是否成年，年龄小于0返回空
std::optional<bool> check_adult(int age) {
    if (age < 0) {
        return std::nullopt;
    }
    return age >= 18;
}

int main() {
    // 查询ID为1的用户是否成年
    auto result1 = get_age_by_id(1).and_then(check_adult);
    if (result1.has_value()) {
        std::cout << "ID为1的用户是否成年: " << (result1.value() ? "是" : "否") << std::endl;
    } else {
        std::cout << "无法判断ID为1的用户是否成年" << std::endl;
    }

    // 查询ID为2的用户是否成年，ID不存在，get_age_by_id返回空，and_then不会执行check_adult
    auto result2 = get_age_by_id(2).and_then(check_adult);
    if (!result2.has_value()) {
        std::cout << "无法判断ID为2的用户是否成年" << std::endl;
    }
    return 0;
}

or_else接口的基本用法

or_else接口的作用和and_then相反，当std::optional对象为空时，执行传入的可调用对象，并且要求可调用对象的返回值也必须是std::optional类型，且和原optional的类型一致。如果原optional对象有值，那么直接返回原对象，不会执行传入的可调用对象。

它的函数签名大致如下：

template <class T>
template <class F>
constexpr optional<T> optional<T>::or_else(F&& f) & {
    if (*this) {
        return *this;
    } else {
        return std::invoke(std::forward<F>(f));
    }
}

下面是使用示例，当查询用户年龄失败时，返回一个默认的年龄值：

#include <optional>
#include <iostream>

std::optional<int> get_age_by_id(int id) {
    if (id == 1) {
        return 20;
    }
    return std::nullopt;
}

int main() {
    // 查询ID为2的用户年龄，失败则返回默认年龄18
    auto age = get_age_by_id(2).or_else([]() -> std::optional<int> {
        std::cout << "未查询到用户年龄，使用默认值" << std::endl;
        return 18;
    });
    std::cout << "用户年龄: " << age.value() << std::endl;

    // 查询ID为1的用户年龄，有值直接返回
    auto age2 = get_age_by_id(1).or_else([]() -> std::optional<int> {
        return 18;
    });
    std::cout << "用户年龄: " << age2.value() << std::endl;
    return 0;
}

and_then和or_else的组合使用

这两个接口可以链式调用，处理更复杂的逻辑。比如先查询用户年龄，再判断是否成年，如果查询年龄失败则返回一个默认的成年状态：

#include <optional>
#include <iostream>

std::optional<int> get_age_by_id(int id) {
    if (id == 1) {
        return 20;
    }
    return std::nullopt;
}

std::optional<bool> check_adult(int age) {
    if (age < 0) {
        return std::nullopt;
    }
    return age >= 18;
}

int main() {
    auto result = get_age_by_id(2)
        .or_else([]() -> std::optional<int> {
            return 16; // 查询失败返回默认年龄16
        })
        .and_then(check_adult);
    if (result.has_value()) {
        std::cout << "用户是否成年: " << (result.value() ? "是" : "否") << std::endl;
    }
    return 0;
}

和value_or等接口的差异

很多开发者会混淆and_then、or_else和value_or的用法，三者的核心差异如下：

• value_or：当optional有值时返回内部值，为空时返回传入的默认值，返回的是值本身，不是optional类型。
• and_then：有值时执行可调用对象，返回可调用对象的optional结果，为空时返回空optional，全程保持optional类型。
• or_else：为空时执行可调用对象，返回可调用对象的optional结果，有值时返回原optional，全程保持optional类型。

如果需要链式处理optional值，并且每一步都可能返回空的optional，那么and_then和or_else会比value_or更合适，避免中间步骤拆出值之后又要重新包装成optional的问题。

使用注意事项

使用这两个接口时需要注意以下几点：

• and_then传入的可调用对象必须返回std::optional类型，否则会导致编译错误。
• or_else传入的可调用对象必须返回和原optional同类型的std::optional，否则会导致编译错误。
• 这两个接口是C++23才正式纳入标准的，使用的时候需要确认编译器版本是否支持，比如GCC 13+、Clang 16+都已经支持这两个接口。
• 如果不需要保持optional类型，只是想获取值或者默认值，那么使用value_or会更简洁。

std::optionaland_thenor_elseC++单体操作修改时间：2026-07-15 08:24:45