1. 背景

为了解决在现有错误处理机制（如异常和错误码）中存在的一些限制。

虽然异常提供了丰富的错误信息和栈追踪能力，但它们可能导致性能下降 ，且在某些情况下可能不适用（如性能敏感或资源受限的环境）。
错误码虽然轻量，但通常需要额外的逻辑来检查和传递错误，这可能导致代码冗余和错误处理逻辑与业务逻辑混杂。

2. 优势

在 C++23 中，引入了 std::expected<T, E> 类型，提供了一种结合了异常和错误码优点的错误处理方式。这种方式旨在通过在函数的返回类型中直接表达错误的可能性来增强代码的可读性，使错误处理更加明显且易于管理。

首先，std::expected<T, E> 通过将成功和失败的结果封装在单一的返回类型中，极大地提高了代码的表达清晰性。 这种设计允许开发者在类型签名中直观地看出函数可能失败的情况，从而在阅读和维护代码时更加容易理解其行为和潜在的错误处理逻辑。

其次，std::expected<T, E> 允许开发者附带丰富的错误信息。 与传统的错误码相比，这不仅有助于诊断问题，也方便了在错误发生时的逻辑处理，因为它可以存储除错误码外的任何类型的信息，如自定义类或结构体。

再者，通过提供类似单子的接口（例如 and_then 和 or_else ），std::expected<T, E> 支持链式调用，这有助于保持代码的整洁和逻辑连贯。 这种方式避免了传统错误码处理中常见的嵌套条件语句，使得错误处理流程更加线性和清晰。

最后，增加的 error() 成员函数和其他辅助功能使得访问和处理错误信息更为便捷和一致。 这些功能的添加确保了 std::expected<T, E> 不仅在使用上更加直观，而且在整合现有代码库时也能提供兼容性和灵活性。

3. 形态相似但不一样

在介绍了 std::expected<T, E> 的基本优势后，我们可以进一步探讨它与传统的 pair<T, ErrorCode> 错误处理方式的区别和优势。尽管这两种方式都可以用于函数返回值和错误信息的组合，但 std::expected<T, E> 提供了一些专门针对错误处理优化的特性，使其在多种场景下更为有效和方便。

类型安全和意图明确 ：std::expected<T, E> 通过其类型明确表达了操作的成功或失败的可能性，这提高了代码的可读性和健壮性。而 pair<T, ErrorCode> 虽然灵活，但它的通用性也意味着缺乏对操作意图的明确表达，使用者需要额外的文档或命名约定来理解其用途。
便利的成员函数 ：与 pair<T, ErrorCode> 相比，std::expected<T, E> 提供了一系列便利的成员函数，如 value()、error()、has_value() 和 operator bool()。这些函数简化了错误检查和值提取的流程，使得开发者可以更直接地处理成功或错误的结果，而不必手动解析 pair 的 first 和 second 成员。
集成的异常处理 ：std::expected<T, E> 支持通过 value() 访问时的异常抛出机制，如果尝试访问一个包含错误的对象，它将抛出 bad_expected_access<E> 异常。这为使用者提供了一种自然而强制的错误处理方式，而 pair<T, ErrorCode> 则缺乏这样的内建错误处理支持。
专为错误处理设计的语义 ：std::expected<T, E> 从设计之初就是为了处理可能失败的操作而生，这种专一的设计使得它在语义上更加清晰，有助于维护和扩展相关的错误处理代码。

通过这些对比，我们可以看到 std::expected<T, E> 在设计上为错误处理提供了更多的优势，使其成为现代 C++ 应用中处理可能的错误和异常的首选方式。

使用示例

这是一个使用 std::expected<T, E> 的示例代码，它演示了如何在实际的函数中使用这个类型来处理可能的错误，同时保持代码的清晰性和健壮性。

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <expected>  // 标准库中的expected头文件

// 自定义错误类型
struct FileError {
    std::string message;  // 错误消息
};

// 尝试读取文件，可能返回字符串内容或者错误信息
std::expected<std::string, FileError> readFile(const std::string& filename) {
    // 检查文件名是否为空
    if (filename.empty()) {
        // 如果文件名为空，返回错误信息
        return std::unexpected<FileError>{{"文件名不能为空"}};
    }

    // 假设文件读取成功
    std::string data = "文件内容";
    return data;  // 返回文件内容
}

int main() {
    // 尝试读取空文件名
    auto result = readFile("");

    // 检查结果是否成功
    if (result) {
        // 如果成功，输出文件内容
        std::cout << "文件内容: " << *result << std::endl;
    } else {
        // 如果失败，输出错误信息
        std::cout << "读取文件失败: " << result.error().message << std::endl;
    }

    return 0;
}

readFile 函数通过返回 std::expected<std::string, FileError> 来明确指出它可能成功返回文件内容，或者因为某些原因失败并返回一个 FileError 类型的错误。

在 main 函数中，我们尝试读取一个文件，通过检查 result 的值来决定接下来的操作。result 如果成功，那么使用 *result 来获取文件内容；如果失败，通过 result.error() 获取错误对象，并打印错误信息。

总的来说，std::expected<T, E> 的引入提供了一种更为现代和高效的错误处理方式，既保留了异常的详细信息优势，又维持了错误码的性能优势，是对现有错误处理机制的有力补充。

C++ 23错误机制的新纪元

1. 背景

2. 优势

3. 形态相似但不一样

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