C++类型安全进阶：span、expected与variant替代裸指针【现代C++范式】_网络技术

std::span 能安全替代 T* + size_t，因其将指针与长度绑定为不可分割的视图，不拥有数据、避免拷贝，且在编译期或运行时捕获尺寸错误与生命周期问题。

裸指针加长度的组合在函数接口中极易引发越界、悬空或生命周期不匹配问题，std::span 把二者绑定为一个不可分割的视图对象，且不拥有数据——既避免拷贝开销，又强制调用方明确传递有效范围。

常见错误现象：process(arr, n) 中 n 传错、arr 已析构、arr 实际长度小于 n；而 process(std::span(arr, n)) 在编译期就能捕获多数尺寸不匹配（如数组字面量推导），运行时构造失败也会触发断言（取决于实现）。

std::span 默认要求元素类型可平凡复制（trivially copyable），对非 POD 类型需显式使用 std::span<:byte> 或配合 reinterpret_cast
传参优先用 std::span 表达只读意图，避免意外修改原容器
不要从局部数组取 std::span 并返回——生命周期仍由原数组决定，span 不延长生存期

std::ex

pected 明确区分「成功值」和「可预期的错误原因」，适用于错误可分类、需透传上下文、且不希望用异常打断控制流的场合（如解析配置、系统调用封装、异步 I/O 结果）。

对比：std::optional 只能表达“有/无”，无法携带错误信息；抛异常在性能敏感路径或禁用异常的环境（嵌入式、游戏引擎）中不可行。

错误类型 E 应轻量且可复制，推荐用 enum class（如 enum class parse_err { invalid_format, out_of_range }）而非 std::string
不要把 std::expected 当作万能错误容器——若错误不可恢复或属编程缺陷（如空指针解引用），仍应使用断言或异常
链式调用时可用 .and_then() 替代嵌套 if (e.has_value())，但注意 GCC 13 前部分实现未完全支持 C++23 的扩展操作符

当类型集合固定、数量有限、且操作集中在单个函数内（如序列化、比较、格式化），std::variant 比虚函数更高效：无虚表查表、无动态内存分配、编译期确定布局；它天然支持访问者模式，也更容易做 constexpr 计算。

典型误用：std::variant<:unique_ptr>, std::shared_ptr> —— 这反而引入间接和堆分配，失去 variant 的优势。

成员类型必须互不相同；若需多个同类型（如多个 int），改用带 tag 的结构体包装
访问时优先用 std::visit([](const auto& v) { ... }, var)，避免重复写 std::holds_alternative 分支
std::monostate 可作默认初始化占位符，但注意它不参与相等比较（std::variant{} 和 std::variant{std::monostate{}} 不等）

现代 C++ 并未禁止裸指针，而是限制其使用范围：new/delete 配对、C API 交互、低层内存管理（如自定义 allocator）、以及某些模板元编程技巧中仍会见到。关键在于——裸指针只应出现在你**明确承担全部生命周期责任**的地方。

容易被忽略的点：std::span 和 std::string_view 都不保证底层内存对齐；若对接 SIMD 或硬件寄存器映射，仍需用 alignas + 原始指针，并手动校验地址。

与 C 函数交互时，用 std::data(span) 取指针比 &span[0] 更安全（前者对空 span 返回合法空指针，后者未定义）
禁用隐式转换：给接受裸指针的旧接口封装一层，参数强制为 std::span 或 std::string_view，内部再转出指针
静态分析工具（如 clang-tidy 的 cppcoreguidelines-pro-bounds-pointer-arithmetic）可帮你定位残留的危险指针算术